(คู่มือ) หนังสือเรียนสสวท เพิ่มเติมฟิสิกส์1

ค่มู ือครู ผ

ตัวอักษรกรีก ตวั อักษร ตัวอักษร ชื่อ ตัวอักษร ตวั อกั ษร ช่อื เล็ก ใหญ่ เล็ก ใหญ่ a b A alpha แอลฟา nN nu นิว g B xi ไซ ¥d,,0∂ G beta บีตา xX omicron โอไมครอน e D pi พาย z E gamma แกมมา oO rho โร h Z sigma ซิกมา q H delta เดลตา pP tau เทา i Q upsilon อิปไซลอน k I epsilon เอปไซลอน r R phi ฟาย, ฟี l K chi ไค m L zeta ซีตา sS psi ซาย M omega โอเมกา eta อตี า tT theta ทตี า uU iota ไอโอตา fF kappa แคปปา cC lambda แลมบ์ดา yY mu มิว wW ราชบัณฑติ ยสถาน ศพั ท์คณติ ศาสตร์ ฉบบั ราชบัณฑติ ยสถาน พิมพ์ครง้ั ที่ ๙ แกไ้ ขเพิ่มเตมิ กรงุ เทพ : ราชบณั ฑิตยสถาน, ๒๕๔๙.

คู่มอื ครู รายวิชาเพ่มิ เตมิ วิทยาศาสตร์ วชิ า ฟิสิกส์ เล่ม ๑ ชน้ั มธั ยมศกึ ษาปที ่ี ๔ ตามผลการเรียนร ู้ กลมุ่ สาระการเรยี นร้วู ิทยาศาสตร์ (ฉบบั ปรบั ปรงุ พ.ศ. ๒๕๖๐) ตามหลกั สตู รแกนกลางการศกึ ษาขน้ั พน้ื ฐาน พทุ ธศกั ราช ๒๕๕๑ จดั ท�ำ โดย สถาบันสง่ เสริมการสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี กระทรวงศกึ ษาธกิ าร





คำชแี้ จง สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (สสวท.) ได้จัดทาตัวชี้วัดและสาระการเรียนรู้ แกนกลาง กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ (ฉบับปรับปรุง พ.ศ. ๒๕๖๐) ตามหลักสูตรแกนกลางการศึกษา ข้ัน พื้นฐานพุทธศักราช ๒๕๕๑ โดยมีจุดเน้นเพื่อต้องการพัฒนาผู้เรียนให้มีความรู้ความสามารถท่ีทัดเทียมกับ นานาชาติ ได้เรียนรู้วิทยาศาสตร์ท่ีเชื่อมโยงความรู้กับกระบวนการ ใช้กระบวนการสืบเสาะหาความรู้และ แก้ปัญหาท่ีหลากหลาย มีการทากิจกรรมด้วยการลงมือปฏิบัติเพ่ือให้ผู้เรียนได้ใช้ทักษะกระบวนการทาง วิทยาศาสตร์ และทักษะแห่งศตวรรษที่ ๒๑ ซึ่งในปีการศึกษา ๒๕๖๑ เป็นต้นไปโรงเรียนจะต้องใช้หลักสูตรกลุ่ม สาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ (ฉบับปรับปรุง พ.ศ. ๒๕๖๐) สสวท. ได้มีการจัดทาหนังสือเรียนที่เป็นไปตาม มาตรฐานหลักสูตรเพ่ือให้โรงเรียนได้ใช้สาหรับจัดการเรียนการสอนในช้นั เรียน และเพื่อให้ครูผู้สอนสามารถสอน และจดั กิจกรรมตา่ งๆ ตามหนงั สือเรยี นไดอ้ ย่างมปี ระสิทธภิ าพ จงึ ไดจ้ ดั ทาค่มู ือครูสาหรับใชป้ ระกอบหนงั สือเรียน ดงั กล่าว คู่มือครูรายวิชาเพิ่มเติมวิทยาศาสตร์ ฟิสิกส์ ชั้นมัธยมศึกษาปีท่ี ๔ เล่ม ๑ น้ี ได้บอกแนวการจัดการเรียน การสอนตามเนื้อหาในหนังสือเรียนเก่ียวกับ ธรรมชาติของฟิสิกส์ การวัดและการบันทึกผลการวัด การรายงาน ความคลาดเคล่ือนและการวิเคราะห์ผล การเคลื่อนที่แนวตรง แรงลัพธ์ กฎการเคล่ือนที่ แรงเสียดทาน แรงดึงดูด ระหว่างมวล กฎความโน้มถ่วงสากล และสนามโน้มถ่วง ซ่ึงครูผู้สอนสามารถนาไปใช้เป็นแนวทางในการวาง แผนการจัดการเรียนรู้ให้บรรลุจุดประสงค์ท่ีต้ังไว้ โดยสามารถนาไปจัดกิจกรรมการเรียนรู้ได้ตามความเหมาะสม และความพร้อมของโรงเรียน ในการจัดทาคู่มือครูเล่มน้ี ได้รับความร่วมมือเป็นอย่างดีย่ิงจากผู้ทรงคุณวุฒิ นักวิชาการอสิ ระ คณาจารย์ รวมทัง้ ครผู ู้สอน นักวิชาการ จากท้งั ภาครัฐและเอกชน จึงขอขอบคุณมา ณ ท่นี ี้ สสวท. หวงั เป็นอย่างยง่ิ วา่ คู่มอื ครูรายวิชาเพ่ิมเติมวิทยาศาสตร์ ฟิสิกส์ ชั้นมัธยมศกึ ษาปที ่ี ๔ เลม่ ๑ น้ี จะ เป็นประโยชน์แก่ผู้สอน และผู้ท่ีเกี่ยวข้องทุกฝ่าย ท่ีจะช่วยให้การจัดการศึกษาด้านวิทยาศาสตร์ได้อย่างมี ประสิทธิภาพ หากมีข้อเสนอแนะใดท่ีจะทาให้คู่มือครูเล่มน้ีมีความสมบูรณ์ยิ่งขึ้น โปรดแจ้ง สสวท. ทราบด้วย จะขอบคณุ ย่งิ สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี กระทรวงศกึ ษาธิการ

ขอ้ แนะนำ�ท่วั ไปในการใช้ค่มู ือครู วทิ ยาศาสตรม์ คี วามเกีย่ วขอ้ งกบั ทกุ คนท้งั ในชวี ิตประจ�ำ วันและการงานอาชีพต่าง ๆ รวมทง้ั มบี ทบาทสส�ำ คัญในการพฒั นาผลผลติ ต่าง ๆ ทใ่ี ชใ้ นการอำ�นวยความสะดวกทงั้ ในชวี ิตและการทำ�งาน นอกจากนี้วิทยาศาสตร์ยังช่วยพัฒนาวิธีคิดและทำ�ให้มีทักษะท่ีจำ�เป็นในการตัดสินใจและแก้ปัญหา อย่างเป็นระบบ  การจัดการเรียนรู้เพ่ือให้นักเรียนมีความรู้และทักษะที่สำ�คัญตามเป้าหมายของ การจัดการเรียนรู้วิทยาศาสตร์จึงมีความสำ�คัญย่ิง ซึ่งเป้าหมายของการจัดการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ มีดงั นี้ 1. เพ่ือใหเ้ ข้าใจหลักการและทฤษฎีทเ่ี ป็นพื้นฐานของวิชาวิทยาศาสตร์ 2. เพื่อใหเ้ กิดความเขา้ ใจในลกั ษณะ ขอบเขต และขอ้ จ�ำ กัดของวิทยาศาสตร์ 3. เพอ่ื ให้เกิดทกั ษะที่ส�ำ คญั ในการศกึ ษาค้นควา้ และคิดคน้ ทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 4. เพ่อื พัฒนากระบวนการคิดและจนิ ตนาการ ความสามารถในการแกป้ ญั หาและการจัดการ ทักษะในการสอื่ สารและความสามารถในการตดั สินใจ 5. เพ่อื ใหต้ ระหนักถงึ ความสัมพนั ธร์ ะหวา่ งวทิ ยาศาสตร์ เทคโนโลยี มวลมนุษยแ์ ละ สภาพแวดลอ้ ม ในเชงิ ทีม่ อี ิทธิพลและผลกระทบซ่ึงกันและกนั 6. เพือ่ น�ำ ความรู้ความเข้าใจเร่อื งวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี ไปใช้ใหเ้ กดิ ประโยชนต์ อ่ สังคมและการด�ำ รงชีวติ อยา่ งมีคณุ ค่า 7. เพอ่ื ให้มจี ติ วิทยาศาสตร์ มีคณุ ธรรม จรยิ ธรรมและค่านยิ มในการใช้ความรทู้ าง วทิ ยาศาสตรอ์ ย่างสรา้ งสรรค์ คู่มือครูเป็นเอกสารที่จัดทำ�ขึ้นควบคู่กับหนังสือเรียน สำ�หรับให้ครูได้ใช้เป็นแนวทางใน การจัดการเรยี นรเู้ พือ่ ใหน้ ักเรยี นไดร้ บั ความรู้และมที ักษะทสี่ �ำ คัญตามจดุ ประสงค์การเรียนร้ใู นหนังสือ เรยี น ซ่ึงสอดคลอ้ งกับผลการเรียนรู้ตามสาระและมาตรฐานการเรยี นรู้ ส่งเสรมิ ใหบ้ รรลเป้าหมายของ การจัดการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ได้ อย่างไรก็ตามครูอาจพิจารณาดัดแปลงหรือเพิ่มเติมการจัดการ เรียนรู้ให้เหมาะสมกับบริบทของแต่ละห้องเรียนได้ โดยคู่มือครูมีองค์ประกอบหลักดังต่อไปน้ี ผลการเรียนรู้ ผลการเรียนรู้เป็นผลลัพท์ท่ีควรเกิดกับนักเรียนท้ังด้านความรู้เเละทักษะซึ่งช่วยให้ครูได้ ทราบเป้าหมายของการจัดการเรียนรู้ในแต่ละเน้ือหาและออกแบบกิจกรรมการเรียนรู้ให้สอดคล้องกับ ผลการเรยี นร้ไู ดท้ งั้ นี้ครูอาจเพ่ิมเติมเนอ้ื หาหรอื ทกั ษะตามศกั ยภาพของนักเรยี น รวมท้ังอาจสอดแทรก เนอ้ื หาท่ีเกีย่ วขอ้ งกับทอ้ งถ่ิน เพ่อื ใหน้ กั เรียนมีความร้คู วามเข้าใจมากขึน้ ได้

การวิเคราะหผ์ ลการเรียนรู้ การวเิ คราะหค์ วามรทู้ กั ษะกระบวนการทางวทิ ยาศาสตร์ ทกั ษะแหง่ ศตวรรษท่ี 21 จติ วทิ ยาศาสตร์ ทเ่ี ก่ยี วข้องในแตล่ ะผลการเรียนรู้ เพ่อื ใช้เปน็ แนวทางในการจดั การเรียนรู้ ผงั มโนทัศน์ แผนภาพท่ีเเสดงความสมั พันธร์ ะหวา่ งความคดิ หลกั ความคิดรอง และความคดิ ย่อย เพอื่ ชว่ ย ให้ครเู หน็ ความเชือ่ มโยงของเน้ือหาภายในบทเรยี น สรุปเเนวความคดิ สำ�คัญ การสรปุ เนือ้ หาสำ�คญั ของบทเรยี น เพอื่ ช่วยให้ครเู ห็นกรอบเนื้อหาทง้ั หมด รวมทงั้ ลำ�ดับของ เนือ้ หาในบทเรยี นนั้น เวลาทใี่ ช้ หรืออาจ เวลาทีใ่ ชใ้ นการจัดการเรยี นรู้ ซงึ่ ครูอาจดำ�เนนิ การตามขอ้ เสนอแนะทก่ี �ำ หนดไว้ ปรับเวลาไดต้ ามความเหมาะสมกับบรบิ ทของแตล่ ะหอ้ งเรียน ความรูก้ อ่ นเรยี น คำ�สำ�คัญหรือข้อความท่ีเป็นความรู้พื้นฐาน ซึ่งนักเรียนควรมีก่อนที่จะเรียนรู้เนื้อหาใน บทเรียนนัน้ การจัดการเรียนรขู้ องแต่ละหัวข้อ การจดั การเรยี นรใู้ นเเตล่ ะขอ้ อาจมอี งคป์ ระกอบเเตกตา่ งกนั โดยรายละเอยี ดเเตล่ ะองคป์ ระกอบ มดี งั น้ี - จุดประสงค์การเรยี นรู้ เป้าหมายของการจัดการเรียนรู้ท่ีต้องการให้นักเรียนเกิดความรู้หรือทักษะหลังจากผ่าน กจิ กรรมการเรยี นรใู้ นเเตล่ ะหวั ขอ้  ซง่ึ สามารถวดั เเละประเมนิ ผลได ้  ทง้ั นค้ี รอู าจตง้ั จดุ ประสงค์ เพิม่ เติมจากท่ีใหไ้ ว้ ตามความเหมาะสมกับบรบิ ทของแต่ละหอ้ งเรยี น - ความเขา้ ใจคลาดเคล่อื นที่อาจเกิดขนึ้ เนื้อหาท่ีนักเรียนอาจเกิดความเข้าใจคลาดเคล่ือนท่ีพบบ่อย ซ่ึงเป็นข้อมูลให้ครูได้พึงระวัง

หรืออาจเน้นย้ำ�ในประเด็นดงั กล่าวเพอ่ื ป้องกนั การเกิดความเข้าใจที่คลาดเคล่ือนได้ - สื่อการเรยี นรแู้ ละแหลง่ การเรยี นรู้ สื่อการเรียนรู้และแหล่งการเรียนรู้ท่ีใช้ประกอบการจัดการเรียนรู้ เช่น บัตรคำ� วีดิทัศน์ เว็บไซต์ ซง่ึ ครูควรเตรยี มล่วงหนา้ กอ่ นเรม่ิ การจดั การเรยี นรู้ - แนวการจดั การเรียนรู้ แนวทางการจัดการเรียนรู้ที่สอดคล้องกับจุดประสงค์การเรียนรู้ โดยมีการนำ�เสนอท้ังใน ส่วนของเนื้อหาและกิจกรรมเป็นข้ันตอนอย่างละเอียดทั้งน้ีครูอาจปรับหรือเพ่ิมเติม กจิ กรรมจากทใี่ ห้ไว้ตามความเหมาะสมกบั บรบิ ทของแต่ละหอ้ งเรียน กิจกรรม การปฏิบัติที่ช่วยในการเรียนรู้เนื้อหาหรือฝึกฝนให้เกิดทักษะตามจุดประสงค์ การเรยี นรู้ของบทเรียน โดยอาจเป็นการทดลอง การสาธิต การสบื คน้ ข้อมูล หรือกิจกรรม อ่นื  ๆ  ซงึ่ ควรใหน้ กั เรยี นลงมอื ปฏบิ ัติดว้ ยตนเอง โดยองคก์ อบของกิจกรรมมีรายละเอยี ด ดังนี้ - จดุ ประสงค์ เปา้ หมายท่ีต้องการใหน้ กั เรียนเกิดความรู้หรือทักษะหลงั จากผา่ นกจิ กรรมน้นั - วสั ดุและอุปกรณ์ รายการวัสดุ อปุ กรณ์ หรอื สารเคมที ต่ี อ้ งใชใ้ นการทำ�กิจกรรม ซึ่งครคู วรเตรียมใหเ้ พยี งพอ ส�ำ หรับการจัดกิจกรรม - ส่ิงทค่ี รูตอ้ งเตรยี มลว่ งหนา้ ข้อมลู เกี่ยวกับสงิ่ ท่ีครตู อ้ งเตรยี มลว่ งหนา้ ส�ำ หรบั การจัดกจิ กรรม เชน่ การเตรียมสารละลาย ท่ีมคี วามเขม้ ข้นตา่ ง ๆ การเตรียมตัวอย่างส่ิงมชี ีวิต - ขอ้ เสนอแนะส�ำ หรับครู ขอ้ มลู ทใ่ี หค้ รเู เจง้ ตอ่ นกั เรยี นใหท้ ราบถงึ ขอ้ ระวงั ขอ้ ควรปฏบิ ตั ิ หรอื ขอ้ มลู เพม่ิ เตมิ ในการท�ำ กิจกรรมน้นั ๆ - ตัวอยา่ งผลการทำ�กิจกรรม ตวั อย่างผลการทดลอง การสาธติ การสบื คน้ ขอ้ มูลหรอื กจิ กรรมอน่ื ๆ เพอ่ื ให้ครูใช้เป็น ข้อมูลสำ�หรบั ตรวจสอบผลการทำ�กิจกรรมของนกั เรียน

- อภิปรายหลงั การทำ�กิจกรรม ตัวอย่างข้อมูลท่ีควรได้จากการอภิปรายเเละสรุปผลการทำ�กิจกรรม ซึ่งครูอาจใช้คำ�ถาม ท้ายกิจกรรมหรือคำ�ถามเพ่ิมเติม เพ่ือช่วยให้นักเรียนอภิปรายในประเด็นท่ีต้องการรวมท้ัง ช่วยกระตุ้นให้นักเรียนช่วยกันคิดและอภิปรายถึงปัจจัยต่าง ๆ ท่ีทำ�ให้ผลของกิจกรรมเป็นไป ตามทค่ี าดหวงั หรืออาจไม่เปน็ ไปตามท่คี าดหวงั นอกจากนอี้ าจมีความร้เู พิม่ เตมิ สำ�หรบั ครู เพ่ือให้ครูมีความรคู้ วามเขา้ ใจในเรื่องนั้น ๆ เพ่ิมขน้ึ ซึง่ ไมค่ วรนำ�ไปเพ่ิมเตมิ ให้นกั เรียน เพราะเป็นส่วนท่เี สรมิ จากเนอื้ หาท่ีมีในหนงั สือเรยี น - แนวทางการวัดและประเมนิ ผล แนวทางการวัดและประเมินผลที่สอดคล้องกับจดุ ประสงคก์ ารเรยี นร ู้ ซง่ึ ประเมนิ ทง้ั ดา้ นความรู้ ทกั ษะกระบวนการวทิ ยาศาสตร์ ทักษะเเหง่ ศตวรรษที่ 21 ประเมนิ จิตวิทยาศาสตรข์ องนักเรียน ท่คี วรเกิดขึ้นหลังจากได้เรียนรู้ในเเต่ละหัวข้อ  ผลที่ได้จากการประเมินจะช่วยให้ครูทราบถึง ความสำ�เร็จของการจัดการเรียนรู้ รวมทั้งใช้เป็นแนวทางในการปรับปรุงและพัฒนาการ เรียนรู้ใหเ้ หมาะสมกับนักเรียน เครื่องมอื วดั และประเมนิ ผลมีอยหู่ ลายรูปแบบ เชน่ แบบทดสอบรปู แบบตา่ ง ๆ แบบ ประเมินทักษะ แบบประเมินคุณลักษณะด้านจติ วทิ ยาศาสตร์  ซึ่งครูอาจเรียกใช้เครื่องมือ ส�ำ หรบั การวดั และประเมนิ ผลจากเครอ่ื งมอื มาตรฐานทม่ี ผี พู้ ฒั นาไว ้ เเลว้ ดดั เเปลงจากเครอ่ื งมอื ผอู้ น่ื ท�ำ ไวเ้ เลว้ หรอื สรา้ งเครอ่ื งมอื ใหมข่ น้ึ เอง  ตวั อยา่ งเครอ่ื งมอื วดั และประเมนิ ผล ดงั ภาคผนวก - เฉลยค�ำ ถามตรวจสอบความเขา้ ใจเเละเเบบฝึกหัด แนวคำ�ตอบของคำ�ถามระหว่างเรียน ซึ่งมีทั้งถามชวนคิด คำ�ถามตรวจสอบความเข้าใจ และ แบบฝึกหัดท้ายหัวข้อ ทั้งนี้ครูควรใช้คำ�ถามระหว่างเรียนเพื่อตรวจสอบความรู้ความเข้าใจ ของนกั เรยี นกอ่ นเรม่ิ เนอ้ื หาใหมเ่ พอ่ื ใหส้ ามารถปรบั การการจดั การเรยี นรใู้ หเ้ ห้ มาะสมตอ่ ไป - เฉลยคำ�ถาม แนวคำ�ตอบของคำ�ถามท้ายบทเรียนในหนังสือเรียน เพ่ือให้ครูใช้เป็นข้อมูลในการตรวจสอบ การตอบคำ�ถามของนักเรยี น - เฉลยปญั หาเเละปัญหาท้าทาย แนวคำ�ตอบของปัญหาเเละปัยหาท้าทายในเเบบฝึกหัดท้ายบท ซึ่งครูควรใช้คโจทย์ปัญหาท้าย บทเรียนเพ่ือตรวจสอบว่าหลังจากเรียนจบบทเรียนเเล้ว  นักเรียนยังขาดความรู้ความเข้าใจใน เรอ่ื งใด เพื่อให้สามารถวางแผนการทบทวนหรอื เน้นย�้ำ เนื้อหาให้กบั นกั เรยี นก่อนการทดสอบได้

สารบัญ บทที่ 1-2 บทที่ เนื้อหา หน้า 1 ธรรมชาตแิ ละพฒั นาการทางฟิสิกส์ 1 1 2 ผลการเรยี นรู้ 4 5 การวิเคราะหผ์ ลการเรยี นรู้ 6 6 ผังมโนทัศน์ ธรรมชาตแิ ละพัฒนาการทางฟิสกิ ส์ 7 15 สรปุ แนวความคดิ สำ�คัญ 25 35 เวลาทใ่ี ช้ ความร้กู อ่ นเรยี น 1.1 ธรรมชาตทิ างฟิสิกส์ 1.2 การวัดและรายงานผลการวดั ปรมิ าณทางฟิสิกส์ 1.3 การทดลองทางฟิสกิ ส์ เฉลยแบบฝึกหดั ท้ายบทท่ี 1 การเคลื่อนท่แี นวตรง ผลการเรยี นรู้ 53 53 การวิเคราะหผ์ ลการเรียนรู้ 55 56 ผังมโนทัศน์ การเคลื่อนท่เี เนวตรง 58 58 สรุปแนวความคิดสำ�คัญ 59 62 เวลาทีใ่ ช้ 66 72 ความรกู้ ่อนเรียน 77 77 2.1 ต�ำ เเหน่ง 82 2.2 การกระจดั และระยทาง 2.3 อตั ราเรว็ และความเร็ว 2.4 ความเร่ง 2.5 กราฟของการเคล่ือนท่ีแนวตรง 2.5.1 กราฟระหว่างต�ำ แหน่งกบั เวลา 2.5.1 กราฟระหวา่ งความเร็วกบั เวลา และกราฟระหวา่ งความเร่งกบั เวลา

สารบัญ บทท่ี 3 บทท่ี เนื้อหา หนา้ 3 2.6 สมการส�ำ หรับการเคลื่อนที่แนวตรง 92 2.7 การตกแบบเสรี 97 ใช้ เฉลยแบบฝกึ หดั ท้ายบทท่ี 2 100 แรงและกฎการเคลื่อนที่ 133 ผลการเรียนรู้ 133 การวเิ คราะหผ์ ลการเรยี นรู้ 138 ผงั มโนทัศน์ แรงและกฎการเคล่อื นท่์ี 139 สรปุ แนวความคิดสำ�คญั 140 เวลาที่ใช้ 141 ความรู้ก่อนเรยี น 142 3.1 แรง 142 144 3.1.1 ลกั ษณะของแรง 145 3.1.2 แผนภาพวตั ถอุ ิสระ 149 3.1.3 แรงบางชนดิ ท่คี วรร ู้ 149 3.2 การหาแรงลัพธ์ 3.2.1 การหาแรงลัพธ์โดยวิธเี ขียนเวกเตอรข์ องแรง 152 3.2.2 การหาขนาดและทิศทางของแรงลพั ธ์ 157 157 โดยวธิ ีค�ำ นวณ 3.3 มวล แรง และกฎการเคล่ือนที่ 158 174 3.3.1 มวลเเละความเฉอ่ื ย 184 3.3.2 การหาขนาดและทิศทางของแรงลัพธ์ 190 192 โดยวิธีคำ�นวณ 3.4 แรงเสยี ดทาน 3.5 แรงดงึ ดดู ระหว่างมวล 3.6 การประยุกตใ์ ช้กฎการเคล่อื นท่ี เฉลยแบบฝึกหดั ท้ายบทท่ี 3

สารบัญ ภาคผนวก หน้า บทท่ี เนื้อหา 251 252 ภาคผนวก ตัวอย่างเครื่องมอื วัดและประเมนิ ผล 256 แบบทดสอบ 259 แบบประเมินทักษะ 262 แบบประเมินคณุ ลักษณะด้านจิตวทิ ยาศาสตร์ 264 การประเมินการน�ำ เสนอผลงาน คณะกรรมการจัดทำ�คู่มือครูค�ำ ศพั ท์



ฟสิ ิกส์ เล่ม 1 บทที่ 1 | ธรรมชาติเเละพฒั นาการทางฟสิ ิกส์ 1 บทท่ี 1 ธรรมชาตเิ เละพฒั นาการทางฟกิ ส์ goo.gl/718YfN ผลการเรยี นรู้: 1. สืบค้นและอธิบายการค้นหาความรู้ทางฟิสิกส์ ประวัติความเป็นมา รวมท้ังพัฒนาการของ หลกั การและแนวคดิ ทางฟิสกิ สท์ ม่ี ีผลการแสวงหาความรใู้ หมแ่ ละการพฒั นาเทคโนโลยี 2. วัดและรายงานผลการวัดปริมาณทางฟิสิกส์ได้ถูกต้องเหมาะสม โดยนำ�ความคลาดเคล่ือน ในการวัดมาพิจารณาในการนำ�เสนอผลด้วย รวมทั้งแสดงผลการทดลองในรูปของกราฟ วิเคราะห์ และแปลความหมายจากกราฟเส้นตรง การวเิ คราะหผ์ ลการเรยี นรู้ จดุ ประสงคก์ ารเรยี นรู้ กบั ทกั ษะกระบวนการทางวทิ ยาศาสตร์ และ ทักษะแห่งศตวรรษที่ 21 ผลการเรยี นรู้ 1. สืบค้นและอธิบายการค้นหาความรู้ทางฟิสิกส์ ประวัติความเป็นมา รวมทั้งพัฒนาการของ หลกั การและแนวคิดทางฟิสกิ ส์ทีม่ ีผลการแสวงหาความรใู้ หม่และการพฒั นาเทคโนโลยี จดุ ประสงคก์ ารเรยี นรู้ 1. อธิบายและยกตัวอยา่ งการค้นหาความรูท้ างฟสิ กิ ส์ 2. อธบิ ายและยกตวั อยา่ งประวตั คิ วามเปน็ มารวมทง้ั พฒั นาการของหลกั การและแนวคดิ ทางฟสิ กิ ส์ 3. อธิบายและยกตัวอย่างความรู้ทางฟิสิกส์ท่ีมีผลต่อการแสวงหาความรู้ใหม่ทางวิทยาศาสตร์และ พฒั นาเทคโนโลยี

2 บทท่ี 1 | ธรรมชาติเเละพัฒนาการทางฟิสกิ ส์ ฟสิ ิกส์ เล่ม 1 ทักษะกระบวนการทาง ทกั ษะแห่งศตวรรษที่ 21 จติ วทิ ยาศาสตร์ วทิ ยาศาสตร์ 1. การสงั เกต และการลงความ 1. การใช้เทคโนโลยี 1. ความอยากรอู้ ยากเหน็ เห็นจากขอ้ มูล สารสนเทศ (การสบื คน้ ขอ้ มลู ) (การอภิปรายรว่ มกนั ) 2. การคดิ สรา้ งสรรค์ 3. การสอ่ื สาร 4. ความรว่ มมอื และ การท�ำ งานเปน็ ทมี ผลการเรียนรู้ 2. วดั และรายงานผลการวดั ปรมิ าณทางฟสิ กิ สไ์ ดถ้ กู ตอ้ งเหมาะสม โดยน�ำ ความคลาดเคลอ่ื นในการวดั มาพิจารณาในการนำ�เสนอผลด้วย รวมทั้งแสดงผลการทดลองในรูปของกราฟ วิเคราะห์และแปล ความหมายจากกราฟเสน้ ตรง จุดประสงคก์ ารเรยี นรู้ 4. ระบหุ นว่ ยฐานและตัวอย่างหนว่ ยอนพุ ทั ธข์ องระบบเอสไอ 5. ยกตวั อยา่ งปรมิ าณทางฟิสิกส์และหนว่ ยในระบบเอสไอของปรมิ าณนัน้ ๆ ได้ 6. ใช้คำ�น�ำ หนา้ หน่วยเปลย่ี นหน่วยใหใ้ หญ่ขนึ้ หรือเลก็ ลง 7. อธบิ ายสญั กรณ์วทิ ยาศาสตร์และเขียนจำ�นวนหรอื ปริมาณในรูปสัญกรณ์วทิ ยาศาสตร์ 8. อธบิ ายความส�ำ คญั ของการเลอื กใชเ้ ครื่องมือวัดให้เหมาะสมกับส่งิ ท่ตี อ้ งการวดั 9. บอกได้ว่าธรรมชาติของการวัดมีความคลาดเคลื่อนเสมอ ข้ึนกับเคร่ืองวัด วิธีการวัด และ ประสบการณ์ของผวู้ ัด รวมทั้งสภาพแวดลอ้ ม 10. อธิบายความหมายและบอกเลขนัยสำ�คัญของจ�ำ นวนหรือปรมิ าณจากการวัดได้ 11. บนั ทึกผลการวัดปริมาณไดอ้ ย่างเหมาะสมประกอบดว้ ยคา่ ทอ่ี า่ นไดจ้ ากเคร่อื งวัดและ ค่าประมาณ 12. บันทกึ ปรมิ าณและจ�ำ นวนในรูปแบบสญั กรณว์ ทิ ยาศาสตร์ที่มีเลขนัยส�ำ คญั ตามที่ก�ำ หนดได้ 13. บนั ทกึ ผลการค�ำ นวณจากการบวก ลบ คณู และหาร จ�ำ นวนหรอื ปรมิ าณทม่ี เี ลขนยั ส�ำ คญั ตา่ งกนั 14. บอกความส�ำ คญั ของการทดลองและรายงานผลการทดลอง 15. บันทึกผลการวัดโดยใช้ค่าทางสถติ ิ ไดแ้ ก่ ค่าเฉล่ยี และความคลาดเคลือ่ นของคา่ เฉลย่ี 16. อธิบายความส�ำ คญั ของสมการเชงิ เสน้ และสามารถจัดสมการทไี่ มอ่ ยู่ในรปู เชงิ เสน้ ให้อย่ใู นรปู สมการเชงิ เส้น พร้อมทัง้ เขยี นกราฟและหาคา่ ของปรมิ าณจากกราฟเส้นตรงได้

ฟิสิกส์ เลม่ 1 บทที่ 1 | ธรรมชาติเเละพัฒนาการทางฟิสิกส์ 3 ทกั ษะกระบวนการทาง ทกั ษะแห่งศตวรรษท่ี 21 จิตวทิ ยาศาสตร์ วทิ ยาศาสตร์ 1. การแกป้ ญั หา (การวดั และ 1. ความอยากรอู้ ยากเหน็ 1. การสงั เกต การวดั และ รายงานผลการวัด) (การอภิปรายรว่ มกนั ) การลงความเห็นจากขอ้ มูล 2. การคดิ สร้างสรรค์ 2. ความรอบคอบ ความรบั ผดิ ชอบ 2. การใช้จำ�นวน (การคำ�นวณ 3. การส่อื สาร และความร่วมมอื ชว่ ยเหลอื ปริมาณต่างๆ ที่เกี่ยวข้อง และ 4. ค ว า ม ร่ ว ม มื อ แ ล ะ ก า ร การเขยี นรายงานผลการวัด) ทำ�งานเป็นทมี

4 บทที่ 1 | ธรรมชาติเเละพฒั นาการทางฟสิ ิกส์ ฟสิ กิ ส์ เล่ม 1 ผงั มโนทศั น์ ธรรมชาติและพฒั นาการทางฟสิ ิกส์ ธรรมชาตทิ างฟสิ กิ ส์ ปรากฏการณธ์ รรมชาติ ปริมาณเเละกระบวนการวัด ทำ�ใหเ้ กดิ การคน้ คว้าหาความรู้ทางฟิสกิ ส์ อ ิธบายเเละ ำท�นายได้ด้วย มีผล ่ตอได้มาจากการสงั เกตเเละทดลองเกย่ี วขอ้ งกับ การสร้างเเบบจำ�ลอง ท�ำ ใหเ้ กดิ การวัดเเละการบันทึกผลเเละ สมั พนั ธ์กบั การทดลอง วดั ปริมาณทางฟสิ กิ ส์ ทางฟสิ กิ ส์ เเนวคิด ทฤษฎี หลักการ หรือกฎทางฟิสิกส์ เกี่ยวข้องกับ ตวั เลขเเละหนว่ ย ความไม่เเน่นอนในการวัด นำ�ไปสู่ ระบบเอสไอ เลขนยั สำ�คัญ ความ คาดเคลื่อน พฒั นาการของหลักการ การพัฒนา เเละเเนวคดิ เคร่อื งมือวดั ทำ�ใหเ้ กดิ หนว่ ยฐาน สญั กรณ์ หน่วยอนพุ นั ธ์ วทิ ยาศาสตร์ การเเสวงหาความรูใ้ หม่ ค�ำ น�ำ หน้าหน่วย เเละการพฒั นาเทคโนโลยี เก่ียวข้องกับ การบนั ทึกผลการค�ำ นวณ การรายงาน ความคาดเคล่ือน มีผลต่อ การวเิ คราะหผ์ ลการทดลอง

ฟสิ ิกส์ เล่ม 1 บทที่ 1 | ธรรมชาติเเละพฒั นาการทางฟิสิกส์ 5 สรปุ แนวความคิดสำ�คญั ฟิสิกส์เป็นวิทยาศาสตร์แขนงหนึ่งท่ีศึกษาเกี่ยวกับสสาร พลังงาน อันตรกิริยาระหว่างสสารกับ พลงั งาน และแรงพนื้ ฐานในธรรมชาติ การคน้ ควา้ หาความรทู้ างฟสิ กิ สไ์ ดม้ าจากการสงั เกต การทดลอง และ เกบ็ รวบรวมขอ้ มลู มาวเิ คราะห์ หรอื จากการสรา้ งแบบจ�ำ ลองทางความคดิ เพอ่ื สรปุ เปน็ ทฤษฎี หลกั การหรอื กฎ ความรู้เหล่านี้สามารถนำ�ไปใช้อธิบายปรากฏการณ์ธรรมชาติหรือทำ�นายส่ิงท่ีอาจจะเกิดข้ึนในอนาคต ประวัติความเป็นมาและพัฒนาการของหลักการและแนวคิดทางฟิสิกส์เป็นพ้ืนฐานในการแสวงหาความรู้ ใหม่เพ่ิมเติม รวมถึงการพัฒนาและความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีก็มีส่วนในการค้นหาความรู้ใหม่ทาง วิทยาศาสตรด์ ้วย ความรู้ทางฟิสิกส์ส่วนหน่ึงได้จากการทดลองซึ่งเก่ียวข้องกับกระบวนการวัดปริมาณทางฟิสิกส์ซึ่ง ประกอบด้วยตัวเลขและหน่วยวัด ปริมาณทางฟิสิกส์สามารถวัดได้ด้วยเครื่องมือต่าง ๆ โดยตรงหรือ ทางออ้ ม หนว่ ยที่ใชใ้ นการวัดปรมิ าณทางวิทยาศาสตร์คอื ระบบหนว่ ยระหวา่ งชาติ (The International System of Units) เรียกย่อวา่ ระบบเอสไอ (SI) ประกอบด้วยหน่วยฐานและหนว่ ยอนพุ ัทธ์ หน่วยฐาน มี 7 หนว่ ย ไดแ้ ก่ เมตร (m) กโิ ลกรมั (kg) วนิ าที (s) แอมแปร์ (A) เคลวนิ (K) โมล (mol) และแคนเดลา (cd) หนว่ ยอนพุ ทั ธเ์ ปน็ หนว่ ยทเ่ี กดิ จากหนว่ ยฐานหลายหนว่ ย ปรมิ าณทางฟสิ กิ สท์ มี่ คี า่ นอ้ ยกวา่ หรอื มากกวา่ 1 มาก ๆ นิยมเขยี นโดยใชค้ �ำ น�ำ หนา้ หน่วยของระบบเอสไอ เช่น kilo- แทนตัวคณู ท่ีเที่ยบเทา่ 103 nano- แทนตัวคูณท่เี ทีย่ บเท่า 10-9 หรือเขยี นในรปู ของสญั กรณว์ ิทยาศาสตร์ซึ่งเป็นการเขียนปรมิ าณท่ีมคี ่ามาก หรือน้อยให้อยู่ในรูปจำ�นวนเต็มหนึ่งตำ�แหน่งตามด้วยเลขทศนิยม แล้วคูณด้วยเลขสิบยกกำ�ลัง มีรูปท่ัวไป A ×10n เมื่อ 1 A 10 และ n เป็นจำ�นวนเต็ม การทดลองทางฟิสิกส์เก่ียวกับการวัดปริมาณต่างๆ ด้วยเคร่ืองมือวัดซ่ึงมีความแม่นยำ�อยู่ในช่วงจำ�กัด การวดั ควรเลอื กใชเ้ ครอื่ งมอื วดั ใหเ้ หมาะสมกบั สงิ่ ทต่ี อ้ งการวดั เชน่ การวดั ความยาวของวตั ถทุ ตี่ อ้ งการความ ละเอยี ดสงู อาจใชเ้ วอรเ์ นยี รแ์ คลเิ ปอร์ หรอื ไมโครมเิ ตอร์ การวดั ปรมิ าณตา่ ง ๆ จะมคี วามคลาดเคลอื่ นเสมอ ข้ึนอยกู่ ับเครอื่ งมือวดั วธิ ีการวดั และประสบการณข์ องผู้วดั รวมทัง้ สภาพแวดลอ้ มขณะทำ�การวดั ในการ บันทึกปริมาณที่ได้จากการวัดจะต้องบันทึกผลตามความละเอียดของเครื่องมือวัดพร้อมแสดง ความไม่แน่นอนในการวัด ซ่ึงค่าความคลาดเคล่ือนสามารถแสดงในการรายงานผลทั้งในรูปแบบตัวเลข และกราฟ การหาความสมั พนั ธร์ ะหวา่ งตวั แปรตา่ งๆ ทไ่ี ดจ้ ากการทดลองทางฟสิ กิ สท์ �ำ ไดโ้ ดยการวเิ คราะห์ และการแปลความหมายจากกราฟ เชน่ การหาความชนั จากกราฟเสน้ ตรง จดุ ตดั แกน พน้ื ทใี่ ตก้ ราฟ เปน็ ตน้

6 บทที่ 1 | ธรรมชาติเเละพฒั นาการทางฟสิ กิ ส์ ฟสิ ิกส์ เลม่ 1 เวลาทใ่ี ช้ 3 ชัว่ โมง 3 ชว่ั โมง บทน้ีควรใชเ้ วลาสอนประมาณ 9 ช่ัวโมง 3 ช่ัวโมง 3.1 ธรรมชาติทางฟสิ กิ ส ์ 3.2 การวัดและรายงานผลการวดั ปรมิ าณทางฟิสกิ ส ์ 3.3 การทดลองทางฟสิ ิกส ่ี์ ความร้กู ่อนเรียน วทิ ยาศาสตรแ์ ขนงตา่ งๆ ปรมิ าณและหนว่ ยการวดั การบนั ทกึ ผลการวดั นำ�เขา้ สู่บทที่ 1 ครนู �ำ เขา้ สบู่ ทที่ 1 โดยใหน้ กั เรยี นอภปิ รายเกย่ี วกบั ทฤษฎี หลกั การหรอื กฎทางวทิ ยาศาสตรท์ ใี่ ชอ้ ธบิ าย ปรากฏการณ์ต่าง ๆ ในธรรมชาติ และผลผลิตจากความรู้ด้านวิทยาศาสตร์มีอะไรบ้าง อาจยกตัวอย่าง ส่ิงรอบตัว เช่น ในการออกแบบและพัฒนาโทรศัพท์เคล่ือนที่จนเป็นสมาร์ทโฟนในปัจจุบันต้องใช้ความรู้ ทางวทิ ยาศาสตรอ์ ะไรบา้ ง ทงั้ นคี้ รคู วรเปดิ โอกาสใหน้ กั เรยี นตอบอยา่ งอสิ ระและไมค่ าดหวงั ค�ำ ตอบทถ่ี กู ตอ้ ง ครชู ี้แจงนักเรียนวา่ ในบทที่ 1 น้ี นักเรียนจะได้เรียนร้เู กยี่ วกบั วทิ ยาศาสตรแ์ ขนงหนึง่ ท่ีศึกษาค้นควา้ เพอ่ื อธบิ ายปรากฏการณใ์ นธรรมชาติ ซึ่งคือ วิชาฟิสิกส์ โดยจะศึกษาเกี่ยวกบั ธรรมชาติทางฟิสิกส์ การวดั และรายงานผลการวัดปริมาณทางฟิสิกส์ และการทดลองทางฟิสิกส์ จากนั้นครูช้ีแจงหัวข้อที่นักเรียนจะ ได้เรียนรู้ในบทที่ 1 และคำ�ถามสำ�คัญท่ีนักเรียนจะต้องตอบได้หลังจากเรียนรู้บทท่ี 1 ตามรายละเอียด ในหนังสือเรียน

ฟิสิกส์ เลม่ 1 บทที่ 1 | ธรรมชาตเิ เละพัฒนาการทางฟสิ ิกส์ 7 1.1 ธรรมชาติทางฟสิ กิ ส์ จุดประสงคก์ ารเรยี นรู้ 1. อธบิ ายและยกตวั อย่างการคน้ หาความรู้ทางฟสิ ิกส์ 2. อธบิ ายและยกตวั อย่างประวัตคิ วามเป็นมารวมทง้ั พฒั นาการของหลกั การและแนวคดิ ทางฟสิ ิกส์ 3. อธบิ ายและยกตวั อยา่ งความรทู้ างฟสิ กิ สท์ มี่ ผี ลตอ่ การแสวงหาความรใู้ หมท่ างวทิ ยาศาสตรแ์ ละพฒั นา เทคโนโลยี ความเขา้ ใจคลาดเคลอ่ื นทอี่ าจเกดิ ข้ึน ความเขา้ ใจคลาดเคล่อื น แนวคดิ ท่ถี กู ต้อง 1. ความรู้และพัฒนาการทางฟิสิกส์ไม่มีการ 1. ความรูแ้ ละพฒั นาการทางฟสิ ิกส์มกี าร เปลยี่ นแปลง เปลยี่ นแปลงเมื่อมกี ารคน้ พบขอ้ มูลใหม่ๆ และมี 2. ฟิสิกส์ไม่มีผลต่อการแสวงหาความรู้ใหม่ทาง การพัฒนาเครื่องมือวัดทแี่ มน่ ยำ�มากยง่ิ ข้นึ วิทยาศาสตรแ์ ละพฒั นาเทคโนโลยี 2. ฟิสิกส์มีผลต่อการแสวงหาความรู้ใหม่ทาง วทิ ยาศาสตร์และพัฒนาเทคโนโลยี แนวการจดั การเรยี นรู้ ครชู ้ีแจงจุดประสงคก์ ารเรยี นรขู้ องหัวข้อ 1.1 จากน้นั ครนู ำ�เข้าสบู่ ทเรียนโดยการให้นักเรยี นอภิปราย เก่ียวกับท่ีมาของความรู้ทางวิทยาศาสตร์ต้ังแต่ในอดีตถึงปัจจุบัน โดยอาจให้นักเรียนอภิปรายร่วมกันใน ประเดน็ ตอ่ ไปน้ี - ความรู้ ทฤษฎี หลักการ หรอื กฎทางวทิ ยาศาสตรท์ ีร่ ู้จักมอี ะไรบ้าง - นักวิทยาศาสตรม์ วี ธิ ีการในการได้มาซึ่งความรู้ ทฤษฎี หลกั การ หรอื กฎทางวิทยาศาสตรอ์ ย่างไร - ความรู้ ทฤษฎี หลักการ หรือกฎทางวิทยาศาสตร์ มีการเปลี่ยนแปลงและพฒั นาอยา่ งไร - ความรู้ ทฤษฎี หลักการ หรอื กฎทางวิทยาศาสตร์ มีผลตอ่ การแสวงหาความรู้ใหมท่ างวิทยาศาสตร์ สาขาอ่ืน ๆ และการพัฒนาเทคโนโลยี อย่างไร ครเู ปิดโอกาสให้นักเรียนตอบคำ�ถามอยา่ งอิสระ ไม่คาดหวงั คำ�ตอบท่ถี กู ต้อง จากน้ัน ครใู หค้ วามรตู้ าม รายละเอียดในหนังสอื เรยี นเกีย่ วกบั ธรรมชาติของฟสิ ิกส์ การค้นคว้าหาความรทู้ างฟิสกิ ส์ พัฒนาการของ หลักการและแนวคิดทางฟิสิกส์ และผลของพัฒนาการทางฟิสิกส์ท่ีมีต่อการแสวงหาความรู้ใหม่และ การพฒั นาเทคโนโลยี โดยครอู าจให้นักเรียนทำ�กิจกรรมกล่องปรศิ นา (Mysterious boxes) เพอื่ กระตุ้น ความสนใจและสรา้ งความเข้าใจเก่ียวกบั ธรรมชาตขิ องฟิสิกส์มากย่งิ ข้นึ

8 บทที่ 1 | ธรรมชาติเเละพฒั นาการทางฟสิ กิ ส์ ฟิสิกส์ เลม่ 1 กจิ กรรมเสนอแนะ กล่องปริศนา จุดประสงค์ เปรียบเทียบการทำ�กิจกรรมกล่องปริศนากับการได้มาซ่ึงความรู้ ทฤษฏี หลักการหรือกฎทาง วทิ ยาศาสตร์ เวลาท่ีใช้ 50 นาที วสั ดแุ ละอุปกรณ์ 1. กล่องโลหะท่ีปิดผนึกไม่สามารถเปิดออกได้ ภายในบรรจุวัตถุที่แตกต่างกันกล่องละ 1 ช้ิน เช่น ลวดเสียบกระดาษ ลกู แก้ว ลกู เตา๋ ไมจ้ ้มิ ฟัน ถุงชา ถงุ ทราย รปู 1.1 กล่องปรศิ นา วธิ ีดำ�เนินกจิ กรรม 1. ครใู ห้นกั เรียนแต่ละกลุ่มรับกล่องปรศิ นา กลุม่ ละ 1 กลอ่ ง 2. ครูใหน้ ักเรยี นแต่ละกลุ่มอภปิ รายร่วมกนั เพอ่ื หาวิธีการท่ีจะบอกวา่ วตั ถุท่อี ยู่ขา้ งในกล่องปรศิ นา คืออะไรโดยไม่เปิดกล่องโลหะ เช่น การยกเพื่อเปรียบเทียบนำ้�หนักของวัตถุ การเขย่า เพื่อฟังเสียงท่ีวัตถุกระทบกับกล่องโลหะ การพลิกกลับไปกลับมาเพื่อสังเกตแรงที่เกิดจากการ กระทบกนั ระหวา่ งวัตถุกับกล่องโลหะ การเอยี งเพือ่ สงั เกตการกลิ้งหรือการไหลของวัตถุ 3. ครูให้นักเรียนบันทึกผลการสังเกต วิธีการที่ใช้ และการข้อสรุปของกลุ่มว่า วัตถุท่ีอยู่ในกล่อง ปริศนาคอื อะไร

ฟิสกิ ส์ เลม่ 1 บทท่ี 1 | ธรรมชาตเิ เละพฒั นาการทางฟิสิกส์ 9 4. ครูใหน้ ักเรยี นเปล่ยี นกลอ่ งปริศนากลอ่ งใหม่ แล้วท�ำ กจิ กรรมขอ้ 2 และ 3 ซ�้ำ จนครบทุกกลอ่ ง 5. ครูให้นักเรียนร่วมกันอภิปรายว่าแต่ละกลุ่มมีวิธีการท่ีใช้ในการสังเกต ผลของการสังเกต และ ข้อสรปุ เกย่ี วกับวัตถุที่อยใู่ นกลอ่ งปรศิ นาแตล่ ะกล่องเหมือนหรือแตกต่างกันอยา่ งไร 6. ครูให้นักเรียนร่วมกันอภิปรายว่า จะมีวิธีการใดในการบอกว่าวัตถุท่ีอยู่ในกล่องปริศนาคืออะไร โดยไมต่ ้องเปดิ กล่องโลหะ 7. ครแู ละนกั เรยี นรว่ มกนั อภปิ รายและสรปุ ผลการท�ำ กจิ กรรมโดยเปรยี บเทยี บการท�ำ กจิ กรรมกลอ่ ง ปรศิ นากับการไดม้ าซึง่ ความรู้ ทฤษฎี หลักการ หรือกฎทางวิทยาศาสตร์ อภิปรายหลงั ทำ�กจิ กรรม กจิ กรรมกลอ่ งปรศิ นาเปรยี บไดก้ บั การไดม้ าซงึ่ ความรู้ ทฤษฎี หลกั การ หรอื กฎทางวทิ ยาศาสตร์ โดยวัตถุท่ีอยู่ในกล่องปริศนาเปรียบได้กับความรู้และคำ�อธิบายปรากฏการณ์ในธรรมชาติท่ี นักวิทยาศาสตร์ต้องการค้นพบ วธิ ีการทใี่ ชใ้ นการรวบรวมข้อมลู ตา่ งๆ เก่ียวกบั วตั ถุในกล่องปริศนา เช่น การยก การเขย่า การพลิก และการเอียงกล่องปริศนา จากน้ันนำ�ข้อมูลจากการสังเกตนำ�ไป ตคี วามหมายและลงขอ้ สรปุ เกยี่ วกบั วตั ถทุ อ่ี ยใู่ นกลอ่ งปรศิ นา วธิ กี ารทใ่ี ชใ้ นกจิ กรรมดงั กลา่ วเปรยี บ ไดก้ ับกระบวนการทางวทิ ยาศาสตร์ต่าง ๆ เช่น การสงั เกต การจำ�แนกประเภท การต้งั สมมตฐิ าน การตีความหมายขอ้ มลู และการลงข้อสรุป และการสรา้ งแบบจำ�ลอง วธิ กี ารทจ่ี ะใหไ้ ดค้ �ำ ตอบวา่ วตั ถทุ อี่ ยใู่ นกลอ่ งปรศิ นาคอื อะไร โดยไมเ่ ปดิ กลอ่ งปรศิ นา คอื การน�ำ วัตถุที่คิดว่าเป็นคำ�ตอบมาใส่ในกล่องโลหะที่มีลักษณะคล้ายกันกับกล่องปริศนา แล้วทำ�การ เปรยี บเทยี บวา่ เมอ่ื มกี ารกระท�ำ ตอ่ กลอ่ งดงั กลา่ ว เชน่ การยก การเขยา่ การพลกิ และการเอยี งกลอ่ ง แล้วจะให้ผลท่ีคล้ายกับการกระทำ�ต่อกล่องปริศนา โดยที่ผลการสังเกตออกมาคล้ายกัน แสดงว่า วัตถุที่นำ�มาใส่ในกล่องใบใหม่ อาจเป็นไปได้ที่จะเป็นวัตถุท่ีอยู่ในกล่องปริศนา ซึ่งกระบวนการ ดังกล่าว เปรียบได้กับการทำ�การทดลองทางวิทยาศาสตร์ที่เป็นการดำ�เนินการเพื่อเทียบเคียงกับ การทำ�งานของธรรมชาติ โดยที่นักวิทยาศาสตร์ไม่สามารถรู้ได้ว่า การทำ�งานของธรรมชาติจริง ๆ นน้ั เปน็ เชน่ ไร แตส่ ามารถท�ำ การทดลองเพอ่ื ใหไ้ ดม้ าซงึ่ ค�ำ ตอบทใี่ กลเ้ คยี งกบั การท�ำ งานของธรรมชาติ มากทสี่ ดุ ในการระบุคุณสมบัติต่าง ๆ ของวัตถุที่อยู่ในกล่องปริศนา เช่น ถ้ามีเสียงดังเม่ือกระทบกับ กล่องโลหะแสดงว่าวัตถุดังกล่าวมีความแข็ง ถ้าเอียงกล่องโลหะแล้วทำ�ให้วัตถุกลิ้งแสดงว่าวัตถุ ดงั กลา่ วมสี ว่ นโคง้ หรือมลี กั ษณะคลา้ ยทรงกลม รวมทง้ั การลงขอ้ สรปุ จากข้อมลู ทไี่ ดว้ ่า วตั ถทุ ่อี ย่ใู น กล่องปริศนาคืออะไร เปรียบได้กับการสร้างกฎและทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์ข้ึนมาเพ่ืออธิบาย

10 บทท่ี 1 | ธรรมชาติเเละพัฒนาการทางฟสิ กิ ส์ ฟิสิกส์ เล่ม 1 การท�ำ งานของธรรมชาติ การเปลย่ี นแปลงค�ำ ตอบเกย่ี วกบั วตั ถทุ อี่ ยภู่ ายในกลอ่ งปรศิ นาเมอ่ื มขี อ้ มลู ของวัตถุเพิ่มมากย่งิ ข้นึ กเ็ ปรียบไดก้ ับการพัฒนาการของหลักการและแนวคิดทางวิทยาศาสตร์ ซ่งึ กฎและทฤษฎเี กย่ี วกบั ปรากฏการณธ์ รรมชาตอิ าจถกู ลม้ ลา้ งกไ็ ดเ้ มอ่ื มที ฤษฎใี หมท่ มี่ คี วามเหมาะสม และสามารถอธิบายปรากฏการณ์ธรรมชาติได้ดีกว่าทฤษฎีเดิม ซึ่งจะเห็นได้ว่าข้อสรุปของแต่กลุ่ม ในการระบวุ ตั ถทุ อี่ ยใู่ นกลอ่ งปรศิ นาคอื อะไร อาจมคี วามแตกตา่ งกนั ขนึ้ อยกู่ บั ความรเู้ ดมิ ทม่ี ี วธิ กี าร ที่ใช้ในการสังเกต การทดลอง และการลงข้อสรุป แสดงให้เห็นถึงความไม่แน่นอนของการทดสอบ จึงอาจจะต้องมีการทำ�ซำ้�อีกหลายคร้ังโดยอาจมีการปรับปรุงวิธีการเพื่อให้เกิดความคลาดเคล่ือน นอ้ ยท่ีสุด เช่นเดียวกับการท�ำ การทดลองทางวิทยาศาสตร์ ท้งั น้ี ในชว่ งทา้ ยของกิจกรรม ครไู มค่ วร จะเฉลยคำ�ตอบว่าวัตถุที่อยู่ในกล่องปริศนาคืออะไร หากนักเรียนต้องการที่จะรู้คำ�ตอบจะต้องทำ� การทดสอบด้วยตนเอง เช่นเดียวกับนักวิทยาศาสตร์ท่ีไม่สามารถเข้าใจปรากฏการณ์ธรรมชาติได้ โดยทันทีทันใด แต่ต้องทำ�การทดลอง สร้างและพัฒนากฎและทฤษฎีต่าง ๆ ข้ึนมาเพ่ือให้สามารถ อธิบายการทำ�งานของธรรมชาตใิ ห้ใกล้เคยี งมากท่ีสุด กิจกรรมกล่องปริศนาจึงเป็นกิจกรรมที่ช่วยให้นักเรียนได้รู้จักกับธรรมชาติของวิทยาศาสตร์ ได้เข้าใจของทักษะและกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ และรู้สาเหตุที่นักวิทยาศาสตร์ต้องมีการทำ� การทดลอง และมกี ารตงั้ กฎและทฤษฎขี นึ้ มาเพอื่ อธบิ ายการท�ำ งานของธรรมชาติ ซงึ่ กฎและทฤษฎี ท่ีสร้างขึ้นมาน้ันก็มีการเปล่ียนแปลงได้หากมีกฎและทฤษฎีใหม่ท่ีสามารถอธิบายการทำ�งานของ ธรรมชาตไิ ดด้ ีกวา่ เดิม ขอ้ เสนอเเนะเพม่ิ เติมสำ�หรบั ครู ครูอาจให้นักเรียนสืบค้นและอภิปรายเกี่ยวกับความหมายของทักษะกระบวนการทาง วิทยาศาสตร์ (science process skills) ซงึ่ ประกอบด้วยการสังเกต การวดั การลงความเห็นจาก ข้อมูล การใช้จำ�นวน การจำ�แนกประเภท การหาความสัมพันธ์ของสเปซกับเวลา การพยากรณ์ การจดั กระท�ำ และสอ่ื ความหมายขอ้ มลู การตง้ั สมมตฐิ าน การก�ำ เนดิ นยิ ามเชงิ ปฏบิ ตั กิ าร การทดลอง การตคี วามหมายขอ้ มลู และขอ้ สรปุ การทดลอง การก�ำ หนดและควบคมุ ตวั แปร และการสรา้ งแบบ จ�ำ ลอง นอกจากน้ี ครอู าจใหน้ กั เรยี นสบื คน้ และอภปิ รายเกยี่ วกบั ตวั อยา่ งเทคโนโลยที เ่ี กยี่ วขอ้ งกบั ฟสิ กิ ส์ ในดา้ นตา่ งๆ โดยเลอื กตามความเหมาะสมกบั บรบิ ทของพนื้ ฐานความรแู้ ละความสนใจของนกั เรยี น และอาจใช้ตวั อย่างการประยกุ ตข์ องวชิ าฟสิ ิกส์ ดงั ต่อน้ี

ฟิสิกส์ เล่ม 1 บทที่ 1 | ธรรมชาติเเละพัฒนาการทางฟิสิกส์ 11 การประยุกต์ทางกลศาสตร์ - โครงสร้างรองรับนำ้�หนักอาคาร บ้านเรือน สะพาน ถนน สระน้ำ� เข่ือน เป็นต้น ซ่ึงอาศัย ความร้เู ร่อื งคาน (lever) และโมเมนต์ (moment) - โครงสร้างเครื่องจักรกลแบบต่าง ๆ ซ่ึงอาศัยความรู้เร่ืองคาน โมเมนต์ ล้อกับเพลา (whell & axle) พลศาสตร์การหมุน (rotational dynamics) และการเพิ่มหรือลด แรงเสยี ดทาน - โครงสร้างยานพาหนะต่างๆ เช่น รถไฟ รถยนต์ รถจักรยานยนต์ เรือ เคร่ืองบิน เป็นต้น ซงึ่ อาศยั ความรใู้ นเรอื่ งตา่ งๆ เชน่ เดยี วกบั เครอื่ งจกั รกลแลว้ ยงั ตอ้ งมคี วามรเู้ กย่ี วกบั พลศาสตร์ ของของไหล (fluid dynamics) โดยเฉพาะอยา่ งยงิ่ เรอื่ งอากาศพลศาสตร์ (aerodynamics) - โครงสร้างเครื่องกลแบบต่างๆ สำ�หรับถ่ายโอนพลังงานกล เช่น ระบบรอก (puleys) ระบบเฟือง (gears) ระบบสายพานลำ�เลียง (conveyors) ระบบป้ันจ่ัน (cranes) ระบบ ไฮดรอลิก (hydraulic system) ระบบนวิ แมติก (pneumatic system) เปน็ ตน้ - โครงสรา้ งอุปกรณด์ ูดซบั แรงดล (implusive force) ได้แก่ ระบบคานบดิ (torsion bar), แหนบแผน่ หรือขดลวดสปริง (coil spring) ซงึ่ ใช้ร่วมกับตวั ต้านทานการสัน่ แบบไฮดรอลกิ หรอื แกส๊ (shock absorber) การประยกุ ตท์ างอณุ หพลศาสตร์ - เครื่องกลจักรความรอ้ น (heat engine) แบบต่าง ๆ เช่น เครือ่ งจักรไอน�ำ้ เครื่องยนต์แก๊ส โซลนี เครือ่ งยนต์ดเี ซล เครอ่ื งยนต์กงั หันเทอร์ไบน์ เครื่องยนต์ไอพน่ เปน็ ต้น - อปุ กรณ์ระบายความร้อนและอปุ กรณก์ ันความรอ้ นแบบตา่ ง ๆ เช่น แบบขดลวดความร้อน จากไฟฟ้า แบบรงั สีอินฟราเรด และแบบคล่นื แมเ่ หล็กไฟฟา้ ชว่ งไมโครเวฟ เปน็ ตน้ - อปุ กรณป์ ระเภทสวติ ชอ์ นั โนมตั ทิ างความรอ้ น (thermal switch) ซงึ่ จะตอ้ งตดั หรอื ตอ่ วงจร ไฟฟ้าเมื่ออุณหภูมิมีค่าระดับหนึ่งท่ีกำ�หนด ซ่ึงส่วนใหญ่ใช้ความรู้เก่ียวกับการขยายตัวของ สารเม่อื ไดร้ ับความร้อน - เตาเผา เตาหลอม (furnance) และเตาอบ (oven) แบบตา่ ง ๆ รวมทงั้ เครื่องอบไอน้ำ�เพือ่ ฆา่ เชือ้ โรคและเคร่อื งอบแห้งด้วยลมร้อน - เครอื่ งสบู ความรอ้ น (heat pump) แบบตา่ ง ๆ เชน่ ตเู้ ยน็ เครอ่ื งท�ำ น�ำ้ แขง็ เครอ่ื งปรบั อากาศ เครอื่ งทำ�น้ำ�เย็น เปน็ ต้น

12 บทท่ี 1 | ธรรมชาติเเละพฒั นาการทางฟิสกิ ส์ ฟสิ กิ ส์ เลม่ 1 การประยุกต์ทางแสง - ทศั นอุปกรณ์ชนดิ ต่าง ๆ เช่น แวน่ ตา กล้องส่องทางไกล กล้องโทรทรรศน์ กล้องจลุ ทรรศน์ กล้องถ่ายภาพนิ่ง กล้องถ่ายภาพยนตร์ เป็นต้น ซึ่งจะต้องอาศัยความรู้ในเร่ืองระบบเลนส์ เปน็ หลัก - ฟิล์มกรองแสงแบบต่าง ๆ เช่น แผ่นกรองแสงสี (colour filter) แผ่นกรองความเข้มแสง แบบโพลารอยด์ ฟลิ ์มปอ้ งกันการสะท้อนแสง เปน็ ตน้ - กระจกเงา (mirror) และกระจกฝ้า (translucent glass sheet) แบบต่าง ๆ ซึ่งอาศัย ความรเู้ กยี่ วกับการสะทอ้ นแสงและการกระเจิงของแสง (scattering) - การใชร้ ังสอี ัลตราไวโอเลตฆา่ เชอ้ื โรคในอากาศและน�ำ้ ดื่ม - เครื่องมือวิเคราะห์สารจากสเปกตรัมของสารนั้นในแบบต่าง ๆ เช่น IR-spectrometer UV-spectrometer spectrophotometer polarimeter NWR spectrometer เป็นตน้ - เครื่องวัดความเข้มข้นของสารละลายจากการหักเหแสงและการบิดระนาบแสง (optical rotation) เช่น Abbe refractometer polarimeter เป็นต้น - เคร่ืองตรวจสอบความเครียด (strain) ในส่วนต่าง ๆ ของโครงสร้างรับแสงโดยใช้ แสงโพลาไรส์ เชน่ polariscope การประยกุ ตท์ างเสยี ง - แผ่นวัสดุดูดกลืนเสียงเพ่ือลดเสียงสะท้อน การออกแบบรูปลักษณะเพดานเเละผนังห้อง ประชุม เพื่อลดเสียงสะท้อน การติดต้ังไมโครโฟนและลำ�โพงเสียงในห้องประชุมโดยไม่เกิด การปอ้ นกลบั ทางบวก - ทอ่ เก็บเสียงไอเสยี จากเครอ่ื งยนต์ - เคร่ืองดนตรีประเภทต่าง ๆ เช่น เครื่องสาย (string) เคร่ืองเป่า (brass & woodwind) เครอื่ งตี (precussion) เปน็ ตน้ ซง่ึ อาศยั ความรเู้ กย่ี วกบั การสนั่ พอ้ ง (resonance) ของเสยี ง ในตน้ กำ�เนิดเสียงแบบตา่ ง ๆ - อัลตราซาวด์ (ultrasound) ทางการแพทย์ เช่น อัลตราซาวด์ตรวจโรคหัวใจ อัลตราซาวด์ ตรวจทารกในครรภ์ เป็นตน้ - ระบบโซนาร์ (sonar) สำ�รวจพ้ืนผิวใต้ทะเล ระบบโซนาร์สำ�รวจฝูงปลา ระบบโซนาร์ใน เรือดำ�น้ำ� เป็นต้น - คลนื่ เหนือเสียง (ultrasonic wave) ในระบบทำ�ความสะอาดอปุ กรณ์ไฟฟ้าอเิ ล็กทรอนกิ ส์ คล่นื เหนือเสียงในการไล่หนูและแมลงบางชนดิ

ฟิสิกส์ เลม่ 1 บทที่ 1 | ธรรมชาติเเละพัฒนาการทางฟสิ ิกส์ 13 - การออกแบบไมโครโฟนและล�ำ โพงเสียง - การออกแบบตู้ลำ�โพงเพ่ือเพม่ิ เสียงทุ้ม (bass-reflex) การประยุกต์ทางไฟฟ้า-แมเ่ หล็ก - เครอ่ื งก�ำ เนดิ ไฟฟา้ แบบตา่ ง ๆ เชน่ เครอ่ื งก�ำ เนดิ ไฟฟา้ แบบเหนย่ี วน�ำ แมเ่ หลก็ ไฟฟา้ ซง่ึ ใชเ้ ป็น ส่วนใหญ่ในปัจจุบัน - ระบบส่งพลังงานไฟฟ้า ซึ่งประกอบด้วยสายส่งซึ่งเป็นตัวนำ�ไฟฟ้าที่ดี ฉนวนหุ้มสาย ระบบ สวิตชต์ ัด-ตอ่ วงจรไฟฟา้ หม้อแปลง ระบบปอ้ งกนั การลัดวงจรและขนาดกระแสเกนิ กำ�หนด ซงึ่ อาศยั ความร้เู บือ้ งตน้ เร่อื งกฎของโอหม์ และหลกั การเหนีย่ วน�ำ แมเ่ หลก็ ไฟฟา้ เป็นพ้นื ฐาน - อุปกรณ์และเคร่อื งใชไ้ ฟฟ้าในระดบั โรงงานและระดับบ้านเรือนท่อี ยู่อาศยั ท่วั ไป เชน่ หลอด ไฟฟ้าแบบต่าง ๆ หลอดรังสีอินฟราเรด เตาอบไฟฟ้า เตาไฟฟ้า ตู้เย็น พัดลม เครื่องทำ� นำ้�อ่นุ /น้�ำ ร้อนดว้ ยไฟฟ้า เครอื่ งปรับอากาศ เตารีด เคร่อื งดดู ฝ่นุ เครอ่ื งปั้มน�ำ้ ฯลฯ ซงึ่ สว่ น ใหญ่จะใช้ความรู้เกี่ยวกับขดลวดทำ�ความร้อน มอเตอร์ และเคร่ืองอัดแก๊สทำ�ความเย็น (compressor) - อุปกรณ์ประเภทรีเลย์ (relay) ซึ่งทำ�หน้าท่ีเปิดและปิดอุปกรณ์ไฟฟ้า การประยุกต์ทาง กลศาสตรค์ วอนตมั ฟสิ ิกสอ์ ะตอม และฟิสิกสน์ ิวเคลยี ร์ - เคร่ืองกำ�เนิดรังสีเอกซ์ เคร่ืองตรวจวิเคราะห์สมองด้วย X-ray Scanning เคร่ืองถ่ายภาพ โครงกระดกู และอวยั วะภายในดว้ ยรังสีเอกซ์ เครือ่ งวิเคราะหโ์ ครงสร้างดว้ ยสารรังสเี อกซ์ - เคร่ืองกำ�เนดิ เลเซอร์ มีดผา่ ตัดเลเซอร์ - การวิเคราะห์สารด้วยวิธีการ nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy โรงไฟฟา้ นวิ เคลียร์ การผลิตไอโซโทปกัมมนั ตรงั สเี พอ่ื ใชท้ างการแพทย์ อตุ สาหกรรม และ การเกษตร - การตรวจสอบความหนาของแผ่นโลหะด้วยรงั สี การตรวจสอบรอยเชอ่ื มโลหะดว้ ยรังสี - การฉายรังสีให้กับอาหารและผลผลิตทางการเกษตรเพ่ือยืดอายุและปรับปรุงพันธุ์ การประยกุ ตท์ างฟิสิกส์สถานะของแข็ง (solid-state physics) - ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ประเภทสารกึ่งตัวนำ� เช่น ไดโอด ทรานซิสเตอร์ ไอซี (integrated circuits, IC) ไมโครโปรเซสเซอร์ เป็นตน้ - เครอื่ งวดั ทางไฟฟา้ และอเิ ลก็ ทรอนกิ ส์ เชน่ แอมมเิ ตอร์ โอหม์ มเิ ตอร์ โวลตม์ เิ ตอร์ วตั ตม์ เิ ตอร์ เป็นตน้

14 บทที่ 1 | ธรรมชาตเิ เละพัฒนาการทางฟิสกิ ส์ ฟสิ กิ ส์ เลม่ 1 - เครื่องมือทางอิเล็กทรอนิกส์ เช่น ออสซิลโลสโคป (oscilloscope) AF-Generator RF-Generator Function Generator เปน็ ตน้ - ระบบคอมพิวเตอร์ เชน่ CPU keyboard monitor diskdrive printer เป็นต้น - ระบบตรวจจับสัญญาณทางไฟฟ้า เช่น หัววัดแสง หัววัดสนามแม่เหล็ก หัววัดเสียง หัววัด อุณหภูมิ หัววัดความร้อน ภาคขยายสัญญาณ ภาควิเคราะห์รูปสัญญาณ ภาคแสดงผล ภาคบนั ทึกผล เป็นต้น - ระบบการส่ือสารแบบต่างๆ เช่น แบบส่งสัญญาณตามสาย และแบบส่งสัญญาณไร้สาย (wireless telecommunication) แนวการวัดและการประเมนิ ผล 1. ความรู้เกย่ี วกับธรรมชาตทิ างฟิสกิ ส์ จากคำ�ถามตรวจสอบความเข้าใจ 1.1 แนวค�ำ ตอบคำ�ถามตรวจสอบความเขา้ ใจ 1.1 1. มนุษย์พัฒนาความร้ขู องตนเองด้วยวิธกี ารใดเพอ่ื ใหส้ ามารถอธิบายปรากฏการณ์ธรรมชาตไิ ด้ แนวคำ�ตอบ มนุษย์พัฒนาความรู้ของตนเองด้วยการสร้างและพัฒนาเคร่ืองมือวัดท่ีใช้สำ�หรับ การสังเกตและการทดลองเพ่ือเก็บรวบรวมข้อมูล วิเคราะห์และสรุปผลจนได้มาซ่ึงคำ�อธิบาย ปรากฏการณธ์ รรมชาติ 2. เราสามารถนำ�ความรูท้ างฟิสิกส์ไปประยุกตใ์ ช้ในชีวิตประจำ�วันอย่างไรบ้าง แนวค�ำ ตอบ เราใชค้ วามรทู้ างฟสิ กิ สป์ ระดษิ ฐอ์ ปุ กรณแ์ ละเครอื่ งใชต้ า่ งๆ เพอ่ื อ�ำ นวยความสะดวก ในชวี ติ ประจ�ำ วนั เชน่ เครอ่ื งผอ่ นแรงแบบตา่ งๆ เครอ่ื งใชไ้ ฟฟา้ เครอ่ื งจกั รกล ทอ่ี ยอู่ าศยั เปน็ ตน้ 3. ความรทู้ างฟสิ กิ สก์ อ่ ให้เกดิ การพัฒนาทางเทคโนโลยดี ้านใดบา้ ง แนวคำ�ตอบ การพัฒนาทางเทคโนโลยีท่ีใช้ความรู้ทางฟิสิกส์ เช่น เทคโนโลยีด้านพลังงาน เทคโนโลยดี า้ นการสอ่ื สารโทรคมนาคม เทคโนโลนกี ารขนสง่ เทคโนโลยที างการแพทย์ เทคโนโลยี ทางการเกษตร เป็นตน้

ฟิสิกส์ เลม่ 1 บทที่ 1 | ธรรมชาตเิ เละพฒั นาการทางฟิสิกส์ 15 1.2 การวัดเเละรายงานผลการวัดปริมาณทางฟิสกิ ส์ จดุ ประสงค์การเรยี นรู้ 1. ระบหุ น่วยฐานและตวั อยา่ งหนว่ ยอนุพทั ธข์ องระบบเอสไอ 2. ยกตัวอย่างปรมิ าณทางฟิสิกส์และหน่วยในระบบเอสไอของปริมาณน้นั ๆ ได้ 3. ใช้ค�ำ นำ�หน้าหน่วยเปลยี่ นหนว่ ยใหใ้ หญข่ ึ้นหรือเล็กลง 4. อธบิ ายสญั กรณว์ ทิ ยาศาสตร์และเขียนจ�ำ นวนหรือปริมาณในรูปสญั กรณว์ ิทยาศาสตร์ 5. อธิบายความสำ�คญั ของการเลอื กใช้เครือ่ งมอื วดั ให้เหมาะสมกับสิ่งท่ตี ้องการวัด 6. บอกไดว้ า่ ธรรมชาตขิ องการวดั มคี วามคลาดเคลอ่ื นเสมอ ขน้ึ กบั เครอื่ งวดั วธิ กี ารวดั และประสบการณ์ ของผู้วัด รวมท้งั สภาพแวดลอ้ ม 7. อธบิ ายความหมายและบอกเลขนัยส�ำ คญั ของจ�ำ นวนหรอื ปรมิ าณจากการวดั ได้ 8. บนั ทึกผลการวัดปริมาณไดอ้ ยา่ งเหมาะสมประกอบด้วยค่าท่อี า่ นไดจ้ ากเครอ่ื งวัดและคา่ ประมาณ 9. บันทกึ ปริมาณและจ�ำ นวนในรปู แบบสญั กรณว์ ิทยาศาสตรท์ ่ีมีเลขนัยส�ำ คัญตามท่กี ำ�หนดได้ 10.บนั ทึกผลการค�ำ นวณจากการบวก ลบ คณู และหาร จ�ำ นวนหรือปรมิ าณที่มีเลขนยั ส�ำ คญั ต่างกนั ความเข้าใจคลาดเคลื่อนทีอ่ าจเกิดขึ้น แนวคิดทีถ่ ูกตอ้ ง ความเข้าใจคลาดเคล่ือน ธรรมชาตขิ องการวดั ทางฟสิ กิ สม์ คี วามคลาดเคลอ่ื น เสมอ ขน้ึ กบั เครอ่ื งวดั วธิ กี ารวดั และประสบการณ์ ก า ร วั ด ท า ง ฟิ สิ ก ส์ มี ค ว า ม ถู ก ต้ อ ง แ ล ะ ไ ม่ มี ของผู้วดั รวมทงั้ สภาพแวดล้อม ความคลาดเคลือ่ น สิ่งท่คี รูตอ้ งเตรียมลว่ งหนา้ ตัวอย่างเคร่ืองวัดความยาวที่มีความละเอียดต่างๆ เช่น ตลับเมตร ไม้บรรทัดและไม้เมตร เวอร์เนียร์ แคลิเปอร์ และไมโครมิเตอร์ แนวการจดั การเรียนรู้ ครนู �ำ เขา้ สบู่ ทเรยี นโดยใหน้ กั เรยี นวดั ความกวา้ งและความยาวของสง่ิ ตา่ ง ๆ ในชวี ติ ประจ�ำ วนั เชน่ สมดุ หนังสอื โต๊ะ และกระดานดำ� โดยเริ่มจากการวัดโดยใชห้ นว่ ยคืบของนักเรยี นแต่ละคน แลว้ น�ำ มาอภิปราย เพอ่ื สรปุ วา่ หนว่ ยการวดั 1 คบื ของนกั เรยี นแตล่ ะคนมคี วามยาวไมเ่ ทา่ กนั จงึ ไมส่ ามารถใชเ้ ปน็ เครอ่ื งมอื วดั ที่เป็นมาตรฐานได้ ดังน้ัน การวัดส่ิง ๆ หนึ่งเพ่ือให้ทุกคนรับรู้ตรงกันจะต้องใช้เครื่องมือที่มีมาตรฐาน จากนน้ั ครใู หน้ กั เรยี นใชเ้ ครอ่ื งมดื วดั ทม่ี มี าตรฐาน เชน่ ไมบ้ รรทดั ไมเ้ มตร มาท�ำ การวดั ความยาวของวตั ถเุ ดมิ

16 บทที่ 1 | ธรรมชาตเิ เละพัฒนาการทางฟิสกิ ส์ ฟิสกิ ส์ เลม่ 1 อกี ครง้ั เพอื่ เปรยี บเทยี บผลการวดั แลว้ อภปิ รายรว่ มกนั เพอ่ื ใหไ้ ดข้ อ้ สรปุ วา่ การใชเ้ ครอื่ งมอื วดั ทไี่ ดม้ าตรฐาน ท�ำ ให้ผลของการวดั ใกลเ้ คยี งกันมากย่ิงขึ้น ครูใหน้ กั เรยี นอภปิ รายร่วมกนั เพือ่ ตอบค�ำ ถามว่า - การวดั ปรมิ าณใด ๆ มคี วามคลาดเคลือ่ นเกดิ ข้นึ เสมอไปหรอื ไม่ - ปัจจัยใดบา้ งทมี่ ีผลต่อความคลาดเคลอ่ื นในการวัด - ยกตัวอยา่ งผลกระทบอาจเกดิ ขึ้นไดจ้ ากความคลาดเคลอ่ื นในการวัด ครูเปิดโอกาสให้นักเรียนตอบคำ�ถามอย่างอิสระ ไม่คาดหวังคำ�ตอบที่ถูกต้อง โดยหลังจากนักเรียน ตอบค�ำ ถามเสรจ็ แลว้ ครอู าจอภปิ รายรว่ มกบั นกั เรยี นจนไดข้ อ้ สรปุ วา่ การวดั ปรมิ าณใด ๆ ดว้ ยเครอื่ งมอื วดั ยอ่ มมคี วามคลาดเคลอื่ นเกดิ ขนึ้ โดยความคลาดเคลอ่ื นดงั กลา่ วจะมคี า่ มากหรอื นอ้ ยขนึ้ อยกู่ บั คณุ สมบตั ขิ อง เครื่องมือที่ใช้วัด วิธีการวัด ความสามารถและประสบการณ์ของผู้วัด ความคลาดเคล่ือนท่ีเกิดข้ึนนี้จะ เกย่ี วโยงไปถงึ การบนั ทกึ ผลการค�ำ นวณเมอื่ น�ำ ตวั เลขทมี่ คี วามไมแ่ นน่ อนหลายปรมิ าณมาบวก ลบ คณู และ หารกัน ย่อมจะทำ�ให้เกิดความคลาดเคลื่อนเปล่ียนแปลงไปได้ จากน้ัน ครูให้ความรู้ตามรายละเอียดใน หนงั สอื เรียนเรือ่ งระบบหน่วยระหว่างชาติ สญั กรณ์วิทยาศาสตร์ ความไมแ่ น่นอนในการวัด เลขนยั สำ�คญั และการบันทึกผลการคำ�นวณ โดยครอู าจให้นกั เรยี นฝกึ ใชเ้ ครอ่ื งมือวดั ทมี่ คี วามละเอียดแตกต่างกนั มาใช้ ส�ำ หรับวัดความกวา้ ง ความยาว และความหนาของวสั ดุตา่ ง ๆ เช่น เหลก็ อะลูมิเนียม และทองแดง เพือ่ ใช้ ค�ำ นวณหาความหนาแนน่ ของวสั ดุ ซงึ่ คอื มวลตอ่ ปรมิ าตร ทมี่ หี นว่ ยในระบบเอสไอ คอื กโิ ลกรมั ตอ่ ลกู บาศก์ เมตร แลว้ นำ�มาเปรียบเทยี บกบั คา่ มาตรฐาน พรอ้ มอภิปรายรว่ มกันเกยี่ วกับผลการหาความหนาแน่นของ วัสดเุ หมือนหรือแตกตา่ งกบั ค่ามาตรฐานหรอื ไม่ อย่างไร ขอ้ เสนอแนะเพ่มิ เติมสำ�หรบั ครู ครูอาจะให้นักเรียนสบื คน้ และอภิปรายร่วมกันในประเดน็ ตา่ ง ๆ ท่เี ก่ียวขอ้ งกบั การวัดดงั ต่อไปนี้ - หน่วยการวัดของไทย คนไทยไดม้ กี ารก�ำ หนดมาตรฐานการวดั ขน้ึ มาตง้ั แตส่ มยั โบราณ โดยบรรพบรุ ษุ ของเรารจู้ กั ทจ่ี ะคดิ หนว่ ยการวดั ข้ึนมาใชไ้ ด้เอง เชน่ คบื ศอก วา โยชน์ โดยที่ 2 คบื เปน็ 1 ศอก, 4 ศอกเปน็ 1 วา, 20 วาเปน็ 1 เส้น, และ 400 เส้นเปน็ 1 โยชน์ แตใ่ นเวลาต่อมามีการตดิ ต่อสัมพันธก์ บั หลาย ๆ ประเทศ จงึ จ�ำ เปน็ ต้อง ใชห้ นว่ ยท่เี ป็นสากลเพือ่ ความสะดวกในการสอ่ื สารใหเ้ ขา้ ใจทีต่ รงกัน - การวัดความยาวดว้ ยเวอรเ์ นียร์แคลเิ ปอร์ เวอร์เนียร์แคลิเปอร์ (Vernier Calipers) หรือเรียกส้ัน ๆ ว่า เวอร์เนียร์ เป็นเครื่องมือที่ใช้วัด ความยาวหรือเส้นผ่าศูนย์กลางของวัตถุ โดยสามารถวัดได้ละเอียดถึงระดับ 0.01 เซนติเมตร หรือ 0.1 มลิ ลเิ มตร เหมาะส�ำ หรบั ใชใ้ นงานทต่ี อ้ งการความละเอยี ดและความถกู ตอ้ งสงู เชน่ งานกลงึ หรอื งานเจยี ระไน โลหะ ซงึ่ โดยปกตแิ ลว้ เวอรเ์ นยี รส์ ามารถใชใ้ นการวดั ไดท้ ง้ั ความยาวภายนอกของวตั ถุ ความยาวภายในของ วัตถุ และความลึกของวัตถุ ดงั รปู

ฟิสิกส์ เล่ม 1 บทท่ี 1 | ธรรมชาติเเละพัฒนาการทางฟสิ กิ ส์ 17 ปากวัดภายใน (inside jaws) สเกลหลกั (main scale) ใชว ัดความยาวภายในของวตั ถุ ใชส ำหรบั บอกคาความยาวของวัตถุ ท่ีความละเอยี ดเทากับ 0.1 เซนตเิ มตร เชนเดยี วกบั ไมบ รรทดั สกรูลอ็ ก (locking screw) ใชล อ็ กสเกลเวอรเ นยี รใหยดึ ตดิ อยกู บั สเกลหลกั ขณะอานคา ความยาวของวตั ถุ สเกลเวอรเ นียร (vernier scale) ใชส ำหรับบอกคา ความยาวของวัตถุ ในกรณีนีม้ จี ำนวน 50 ชอ ง ตอ ความยาว 0.1 เซนติเมตร หรอื มคี วามละเอียดเทากบั 0.002 เซนตเิ มตร ปากวัดภายนอก (outside jaws) แกนวดั ความลึก (depth probe) ใชว ดั ความยาวภายนอกของวัตถุ ใชวดั ความลึกของวัตถุ รูป 1.2 สว่ นประกอบของเวอร์เนยี รเ์ เคลเิ ปอร์

18 บทที่ 1 | ธรรมชาตเิ เละพฒั นาการทางฟิสกิ ส์ ฟิสิกส์ เลม่ 1 วิธกี ารวัดความความยาวของวตั ถทุ ีว่ ดั ได้โดยใช้เวอร์เนยี ร์แคลิเปอร์สามารถท�ำ ไดเ้ ช่น การวดั ความยาว ของเส้นผา่ นศนู ยก์ ลางของวัตถโุ ดยใช้ปากวดั ภายนอก แสดงไดด้ งั รูป 3.80 cm 0.014 cm รูป 1.3 การวัดความยาวของเสน้ ผา่ นศนู ย์กลางของวตั ถโุ ดยใชป้ ากวดั ภายนอก จากรูปสามารถอ่านคา่ ความยาวได้ โดยมวี ิธีการดังน้ี 1. อ่านค่าความยาวของวัตถุจากสเกลหลัก โดยใช้ขีดท่ี 0 ของสเกลเวอร์เนียร์เป็นจุดสังเกต (ลูกศรสี แดง) ซึ่งในกรณีนีจ้ ะอา่ นค่าความยาวของวัตถุได้เป็น 3.80 cm 2. อ่านค่าความยาวของวัตถุจากสเกลเวอร์เนีย โดยดูจากขีดของสเกลเวอร์เนียร์ท่ีอยู่ตรงกับขีดของ สเกลหลกั พอดี (ลูกศรสีเขียว) ซึง่ ในกรณีนีเ้ ปน็ ขีดท่ี 7 จะอ่านคา่ ความยาวได้เป็น 7 ชอ่ ง 0.002 เซนติเมตรตอ่ ช่อง = 0.014 cm 3. ความยาวของวัตถุสามารถหาได้จากผลรวมรวมระหว่างความยาวที่วัดได้จากสเกลหลักและสเกล เวอร์เนียร์ ซึง่ ในกรณีน้ีจะได้เป็น 3.80 cm + 0.014 cm = 3.814 cm ดงั นน้ั ความยาวของเสน้ ผา่ นศนู ยก์ ลางของวตั ถนุ เ้ี ทา่ กบั 3.814 เซนตเิ มตร ซง่ึ จะเหน็ ไดว้ า่ คา่ ความยาว ท่ีวดั ได้จะละเอยี ดกวา่ การวัดโดยใชไ้ มบ้ รรทัดซงึ่ จะอา่ นค่าความยาวไดเ้ ปน็ 3.80 เซนตเิ มตร เทา่ นนั้ - ความแม่นและความเท่ยี งของการวัด การบอกความสามารถในการวดั ของเครอ่ื งมอื วดั นยิ มบอกดว้ ย 2 ปรมิ าณดว้ ยกนั คอื ความแมน่ (accuracy) และความเทย่ี ง (precision) โดยท่ี ความแมน่ หมายถึงความสามารถของเครอื่ งมือวดั ในการ แสดงคา่ ไดใ้ กลเ้ คยี งกับคา่ จรงิ มากทีส่ ุด สำ�หรับ ความเท่ียง หมายถึงความสามารถของเครอื่ งมือวดั ในการ แสดงคา่ เดิมเม่อื ท�ำ การวดั ซ้�ำ เดิมหลายๆ ครงั้ ตัวอย่างเช่น

ฟสิ กิ ส์ เล่ม 1 บทที่ 1 | ธรรมชาตเิ เละพัฒนาการทางฟสิ ิกส์ 19 กรณีที่ 1 ในการวัดความยาวของวตั ถุหนงึ่ จ�ำ นวน 5 คร้งั สามารถวัดไดแ้ ตกต่างกัน คือ 4.50 4.51 4.50 4.49 4.53 เซนตเิ มตร ตามล�ำ ดบั แตค่ า่ ดงั กลา่ วพบวา่ สว่ นใหญม่ คี วามใกลเ้ คยี งกบั ความยาวของวตั ถุ ท่ีแทจ้ ริงซึ่งเทา่ กับ 4.50 เซนตเิ มตร แสดงวา่ เครือ่ งมือในการวดั น้ี มีความแมน่ สงู แต่ความเท่ยี งต่ำ� กรณที ่ี 2 ในการวดั ความยาวของวตั ถุหน่งึ จำ�นวน 5 ครั้ง สามารถวดั ได้ใกล้เคยี งกัน คอื 4.23 4.22 4.23 4.22 4.22 เซนติเมตร ตามลำ�ดับ แต่ค่าดังกล่าวมีความแตกต่างจากความยาวของวัตถุที่แท้จริง ซงึ่ เทา่ กับ 4.50 เซนตเิ มตร แสดงว่า เครอื่ งมอื ในการวัดน้ี มีความเทยี่ งสงู แตค่ วามแม่นตำ่� กรณีท่ี 3 ในการวดั ความยาวของวัตถุหน่ึงจ�ำ นวน 5 ครงั้ สามารถวัดได้ใกล้เคยี งกนั คอื 4.50 4.51 4.50 4.49 4.50 เซนติเมตร ตามลำ�ดับ ซ่ึงค่าดังกล่าวมีความใกล้เคียงกับความยาวของวัตถุที่แท้จริง ซ่ึงเท่ากับ 4.50 เซนติเมตร แสดงวา่ เครือ่ งมอื ในการวัดนี้ มคี วามเทย่ี งสงู และความแม่นสูง การเปรยี บเทยี บความเทยี่ งตรงและความแมน่ ย�ำ ของเครอื่ งมอื วดั นยิ มอธบิ ายดว้ ยการเปรยี บเทยี บกบั การปาลกู ดอกเพือ่ ใหเ้ ขา้ สู่ตรงกลางของเป้าจำ�นวนหลายๆ ดงั รูป ก. ความแมน สงู ข. ความแมน ตำ่ ค. ความแมนสูง ความเที่ยงต่ำ ความเท่ียงสูง ความเที่ยงสูง รปู 1.4 ตวั อยา่ งความเท่ยี งและความแม่นของผู้ปาลูกดอก เคร่อื งมอื วัดที่ดีจงึ ควรมีทง้ั ความเท่ียงและมีความแม่นสูง นนั่ คอื แสดงคา่ เทา่ เดิมเม่อื ท�ำ การวัดซำ�้ และ ค่าทีว่ ดั จากเครอื่ งมอื วดั ไดม้ คี วามใกล้เคยี งกับค่าจรงิ มากทส่ี ุด - การเลือกใช้จำ�นวนตวั เลขนัยสำ�คญั ในการค�ำ นวณ การนำ�เอาข้อมูลท่ีมีจ�ำ นวนเลขนัยส�ำ คัญตา่ งกนั มาบวก ลบ คูณ และหารกนั จะท�ำ ใหผ้ ลลัพธท์ ่ี ได้มีตัวเลขนัยสำ�คัญมากเกินไป ทำ�ให้การบันทึกผลการคำ�นวณจำ�เป็นต้องพิจารณาจากตัวเลขนัยสำ�คัญ และความละเอยี ดใหเ้ หมาะสม ตามรายละเอยี ดในหนงั สอื เรยี น ทง้ั น้ี เพอ่ื ใหส้ ะดวกในการวเิ คราะหจ์ �ำ นวน ตัวเลขนัยสำ�คัญ ในการคำ�นวณจึงนิยมให้คงตัวเลขนัยสำ�คัญให้มีความละเอียดมากท่ีสุดจนกระท่ังใน

20 บทที่ 1 | ธรรมชาติเเละพัฒนาการทางฟสิ กิ ส์ ฟิสกิ ส์ เลม่ 1 การแสดงคำ�ตอบเพ่ือรายงานผลลัพธ์จากการคำ�นวณจึงแสดงตัวเลขที่มีจำ�นวนเลขนัยสำ�คัญท่ีเหมาะสม ท้ังนี้ เมอื่ จ�ำ เป็นจะต้องมกี ารนำ�ผลลัพธ์จากการค�ำ นวณท่ีได้ไปใช้ในการบวก ลบ คณู และหารกับตวั เลขอ่นื อีกคร้ัง ก็ควรจะเลือกใช้ค่าที่ได้จากการคำ�นวณ เพ่ือป้องกันความคลาดเคลื่อนที่อาจเกิดได้จากการปรับ ตวั เลขใหม้ จี �ำ นวนเลขนยั ส�ำ คญั ทเ่ี หมาะสม ตวั อยา่ งเชน่ การหาปรมิ าตรของวตั ถทุ ม่ี คี วามกวา้ ง ยาว และสงู เท่ากบั 2.2 3.21 และ 1.25 เซนติเมตร ตามลำ�ดบั สามารถหาไดจ้ าก 2.2 cm × 3.25 cm × 1.24 cm = 8.866 cm3 เนื่องจากจำ�นวนเลขนัยสำ�คญั นอ้ ยทสี่ ุดในการคำ�นวณ คอื 2 ตัว ดงั น้นั คำ�ตอบเพื่อแสดง ผลลัพธท์ ไ่ี ดจ้ ากการค�ำ นวณ คอื 8.9 ลกู บาศก์เซนตเิ มตร ถา้ วัตถดุ งั กลา่ วมมี วล 26.19 กรัม เมอ่ื นำ�ผลจาก การค�ำ นวณหาปรมิ าตรของวตั ถุดงั กล่าวมาหาความหนาแนน่ ซง่ึ เท่ากบั มวลหารดว้ ยปริมาตร จะเปน็ ไปได้ อยา่ งน้อย 2 กรณี คอื กรณที ่ี 1 ใชต้ ัวเลขจากค�ำ ตอบซ่ึงมเี ลขนยั สำ�คญั 2 ตัว จะได้ 26.19 g ÷ 8.9 cm3 = 2.9427 g/cm3 เนื่องจากจำ�นวนเลขนัยสำ�คัญน้อยท่ีสุดในการคำ�นวณ คือ 2 ตัว ดังน้ัน วัตถุมีความหนาแน่น เทา่ กบั 2.9 g/cm3 กรณีที่ 2 ใช้ค่าทไี่ ด้จากการคำ�นวณ จะได้ 26.19 g ÷ 8.866 cm3 = 2.95398 g/cm3 ดังนัน้ เน่ืองจากจำ�นวนเลขนัยสำ�คัญน้อยที่สุดในการคำ�นวณหาปริมาตร คือ 2 ตัว ดังนั้น วัตถุมีความหนาแน่น เท่ากับ 3.0 g/cm3 จะเหน็ วา่ ทงั้ 2 กรณี ใหค้ �ำ ตอบทแี่ ตกตา่ งกนั ทง้ั น้ี ค�ำ ตอบทเี่ หมาะสมคอื 3.0 g/cm3 ซง่ึ เปน็ การ คำ�นวณในกรณีท่ี 2 เพราะเป็นการเลือกใช้ค่าที่ยังไม่ได้มีการปรับตัวเลขนัยสำ�คัญให้เหมาะสม ตัวเลขใน กรณีที่ 1 จึงมคี วามคลาดเคล่ือนเนอ่ื งจากการปรับตัวเลขนัยส�ำ คญั ทุกครั้งที่มีการคำ�นวณ ถา้ หากมีการน�ำ ตวั เลขดงั กลา่ วไปค�ำ นวณดว้ ยวธิ กี ารปรบั ตวั เลขนยั ส�ำ คญั ตอ่ ไปเรอ่ื ย ๆ กจ็ ะยงิ่ ท�ำ ใหเ้ กดิ ความคลาดเคลอื่ น มากข้ึนซึ่งอาจจะส่งผลต่อการนำ�ผลลัพธ์จากการคำ�นวณไปใช้งานท่ีต้องการความถูกต้องสูงได้ ดังน้ัน ในการคำ�นวณนอกจากจะต้องพิจารณาจำ�นวนตัวเลขนัยสำ�คัญให้เหมาะสมแล้ว จำ�เป็นที่จะต้องคำ�นึงถึง ผลของการปรับจำ�นวนตัวเลขนัยส�ำ คัญทีม่ ีต่อความคลาดเคลือ่ นของขอ้ มลู ด้วย แนวการวัดและการประเมินผล 1. ความรเู้ กย่ี วกบั ธรรมชาตทิ างฟสิ กิ ส์ จากค�ำ ถามตรวจสอบความเขา้ ใจ 1.2 และการท�ำ แบบฝกึ หดั 1.2 2. ทกั ษะการแกป้ ญั หาและการใชจ้ �ำ นวน จากการค�ำ นวณปรมิ าณตา่ งๆ ทเี่ กย่ี วขอ้ งการการระบหุ นว่ ย และการเปลี่ยนหน่วย 3. จิตวิทยาศาสตร์/เจตคติด้านความมีเหตุผล และความรอบคอบ จากการอภิปรายร่วมกัน และ จากการทำ�แบบฝกึ หดั 1.2

ฟิสกิ ส์ เลม่ 1 บทท่ี 1 | ธรรมชาตเิ เละพฒั นาการทางฟิสกิ ส์ 21 แนวคำ�ตอบค�ำ ถามตรวจสอบความเข้าใจ 1.2 1. จงระบหุ นว่ ยของปริมาณตอ่ ไปนีใ้ นระบบเอสไอ ก. ความสงู ข. พนื้ ที่ ค. ปรมิ าตร ง. ความหนาแนน่ จ. พลังงาน แนวค�ำ ตอบ ก. เมตร (m) ข. ตารางเมตร (m2) ค. ลูกบาศก์เมตร (m3) ง. กโิ ลกรมั ต่อลูกบาศก์เมตร (kg/m3) จ. จูล (J) 2. จงเขยี นเวลา 18000 วินาที ใหอ้ ยู่ในรปู สัญกรณว์ ิทยาศาสตร์ แนวคำ�ตอบ 1.8 104 วินาที 3. ถ้านกั เรยี นตอ้ งการวดั ความหนาของแผน่ อะลมู เิ นยี มฟอยล์ จะใช้เคร่ืองมอื อะไรในการวัดจึงจะ ไดค้ า่ ท่ลี ะเอยี ดดพี อ แนวค�ำ ตอบ ไมโครมเิ ตอร์ 4. จงบอกว่าเคร่ืองมือวดั ต่าง ๆ ท่ีใหผ้ ลการวัด ดงั น้มี ีชอ่ งสเกลทคี่ วามละเอยี ดเท่าใด ก. 15.000 m ข. 0.250 g ค. 3.45 N ง. 27.5 จ. 0.100439 แนวคำ�ตอบ ก. 0.01 m ข. 0.01 g ค. 0.1 N ง. 1 5. จ�ำ นวนต่อไปนีม้ เี ลขนยั สำ�คญั กีต่ ัว ไดแ้ กต่ ัวเลขใดบ้าง ก. 1.879 ข. 2.1 ค. 0.00512 ง. 186000 จ. 0.100439 แนวคำ�ตอบ ก. 4 ตวั ได้แก่ 1, 8, 7 และ 9 ข. 2 ตวั ได้แก่ 2 และ 1 ค. 3 ตวั ได้แก่ 5, 1 และ 2 ง. ไม่สามารถระบุได้ เนื่องจากเลข 0 ท่ีอยู่หลังตัวเลขอื่นท่ีเป็นจำ�นวนเต็ม อาจจะนับหรือไม่นับขึ้นกับความละเอียดของเครื่องวัด อาจมีจำ�นวนเลขนัย สำ�คัญดังน้ี 3 ตวั ไดแ้ ก่ 1, 8 และ 6 หรอื 4 ตวั ไดแ้ ก่ 1, 8, 6 และ 0 (ศนู ยต์ ัวแรกหลังเลข 6) หรอื 5 ตวั ไดแ้ ก่ 1, 8, 6, 0 และ 0 หรอื 6 ตวั ได้แก่ 1, 8, 6, 0, 0 และ 0 จ. 6 ตวั ได้แก่ 1, 0, 0, 4, 3 และ 9

22 บทที่ 1 | ธรรมชาตเิ เละพฒั นาการทางฟสิ ิกส์ ฟสิ ิกส์ เล่ม 1 6. ถ้าวัดเส้นผ่านศูนย์กลางและส่วนสูงของวัตถุทรงกระบอกได้ผลเป็นจำ�นวนเลขนัยสำ�คัญ 4 ตัว และ 3 ตวั ตามลำ�ดบั การรายงานผลการค�ำ นวณหาปริมาตรของวตั ถุทรงกระบอกจะมจี �ำ นวน เลขนัยส�ำ คญั กี่ตวั แนวคำ�ตอบ หาปรมิ าตรของทรงกระบอกจาก เมอ่ื d เปน็ เส้นผ่านศนู ย์กลาง และ h เปน็ ความสูง ผลคูณของปรมิ าณทมี่ ีจ�ำ นวนเลขนยั สำ�คญั ไมเ่ ท่ากัน ในทน่ี ้ี คอื 4 ตวั และ 3 ตัว ผลการคำ�นวณจะมีจำ�นวนเลขนัยสำ�คัญเท่ากับปริมาณท่ีมีจำ�นวนเลขนัยสำ�คัญน้อยท่ีสุด นั่นคือปริมาตรของทรงกระบอกจะมจี �ำ นวนเลขนัยสำ�คญั 3 ตวั เฉลยเเบบฝึกหดั 1.2 1. จงเปล่ยี นหน่วยของปรมิ าณต่อไปนี้ ก. 0.567 เมตรให้มหี น่วยเปน็ กิโลเมตรและมิลลิเมตร ข. 2 ลูกบาศกเ์ ซนตเิ มตร ใหม้ หี นว่ ยเป็นลูกบาศกเ์ มตร วธิ ที �ำ ก. จาก 1 km = 103 m ดงั นัน้ 1 m = 10-3 km จะได ้ 0.567 m = 0.567 10-3 km จาก 1 mm = 10-3 m ดงั นน้ั 1 m = 103 mm จะได้ 0.567 m = 0.567 103 mm ข. จาก 1 m = 102 cm ดังนัน้ 1 cm = 10-2 m น่ันคือ 1 cm3 = 10-6 m3 จะได ้ 2 cm3 = 2 10-6 m3 ตอบ ก. 0.567 เมตร เทา่ กบั 0.000567 กิโลเมตร และ 567 มลิ ลิเมตร ข. 2 ลกู บาศกเ์ ซนตเิ มตร เท่ากับ 0.000002 ลกู บาศก์เมตร 2. จงเขยี นปรมิ าณตอ่ ไปนี้ โดยใช้ค�ำ นำ�หนา้ หน่วย ก. มวล 46000 กรัม ใหม้ หี นว่ ย กโิ ลกรมั ข. กระแสไฟฟา้ 0.155 แอมแปร์ ให้มีหนว่ ย มลิ ลแิ อมแปร์ ค. เวลา 0.000014 วินาที ให้มีหนว่ ย ไมโครวินาที ง. ความยาว 0.000000025 เมตร ใหม้ ีหนว่ ย นาโนเมตร

ฟสิ ิกส์ เลม่ 1 บทท่ี 1 | ธรรมชาติเเละพัฒนาการทางฟสิ ิกส์ 23 วิธที ำ� ก. มวล 46000 g 46000 g = 46 103 g = 46 kg ข. กระแสไฟฟ้า 0.155 A 0.155 A = 155 10-3 g = 155 mA ค. เวลา 0.000014 s 0.000014 s = 14 10-6 s = 14 ง. จาก 1 nm = 10-9 m ดงั นั้น 1 m = 109 nm จะได้ ความยาว 0.000000025 m = 0.000000025 109 nm = 25 mm ตอบ ก. มวล 46000 กรมั เท่ากบั 46 กิโลกรัม ข. กระแสไฟฟา้ 0.155 แอมแปร์ เท่ากบั 155 มิลลิแอมแปร์ ค. เวลา 0.000 014 วนิ าที เท่ากบั 14 ไมโครวนิ าที ง. ความยาว 0.000000025 เมตร เท่ากบั 25 นาโนเมตร 3. เด็กคนหน่ึงว่ิงด้วยอัตราเร็ว 2.0 เมตรต่อวินาที คิดเป็นอัตราเร็วเท่าใด ในหน่วยกิโลเมตรต่อ ช่วั โมง  1m   1s  วิธที �ำ อตั ราเรว็ 2.0 m/s = 2.0  1 × 10−3 km    2.0  1 =  60 × 60 h     = 2.0  3600 km   103 h  = 7.2 km/h ตอบ อัตราเร็ว 2.0 เมตรตอ่ วินาที เท่ากบั 7.2 กิโลเมตรตอ่ ชวั่ โมง

24 บทที่ 1 | ธรรมชาติเเละพฒั นาการทางฟสิ ิกส์ ฟิสกิ ส์ เล่ม 1 4. จงเขยี นปริมาณตอ่ ไปนใ้ี นรปู สญั กรณว์ ิทยาศาสตร์ ก. ความยาวคล่นื เลเซอร์เท่ากบั 0.0000006328 เมตร ข. อุณหภูมใิ จกลางดาวฤกษ์ดวงหนง่ึ มคี า่ ย่สี ิบล้านเคลวิน วิธีท�ำ ก. หาความยาวคลื่นเลเซอร ์ ความยาวคลนื่ เลเซอร์ = 0.0000006328 m = 6.328 10-7 m ข. หาอณุ หภูมิใจกลางดาวฤกษ์ดวงหน่งึ อณุ หภมู ใิ จกลางดาวฤกษ์ = 20000000 K = 2 107 K ตอบ ก. ความยาวคลน่ื เลเซอร์ เท่ากบั 6.328 10-7 เมตร ข. อุณหภมู ใิ จกลางดาวฤกษด์ วงหนึง่ เทา่ กับ 2 107 เคลวนิ 5. สถาบนั วจิ ยั ประชากรและสงั คม มหาวทิ ยาลยั มหดิ ล พบวา่ อายคุ าดเฉลย่ี ของคนไทยในปี 2560 เปน็ 75.4 ปี ถา้ แสดงปริมาณนใี้ นหนว่ ยเมกะวินาที และจกิ ะวนิ าที จะเขียนไดอ้ ยา่ งไร (กำ�หนด ให้ 1 ปี เทา่ กับ 365.25 วนั ) วิธที �ำ กำ�หนดให้ 1 ปี เทา่ กบั 365.25 วัน อายุคาดเฉล่ีย ≅ 74.4 y ≅ (75.4 y) (365.25 d/y) (24 h/d) (60 min/h)(60 s/min) ≅ 2379443040 s หาอายุคาดเฉลย่ี ในหน่วยเมกะวนิ าที อายุคาดเฉล่ยี ≅ 2379 106 s ≅ 2379 Ms หาอายคุ าดเฉล่ียในหน่วยจกิ ะวนิ าที อายคุ าดเฉล่ยี ≅ 2379 109 s ≅ 2.379 Gs ตอบ อายคุ าดเฉล่ียประมาณ 2380 เมกะวินาที และ 2.38 จกิ ะวนิ าที

ฟสิ ิกส์ เล่ม 1 บทที่ 1 | ธรรมชาติเเละพัฒนาการทางฟิสกิ ส์ 25 1.3 การทดลองทางฟสิ กิ ส์ จุดประสงคก์ ารเรียนรู้ 1. บอกความสำ�คัญของการทดลองและรายงานผลการทดลอง 2. บันทึกผลการวัดโดยใชค้ ่าทางสถิติ ได้แก่ ค่าเฉลี่ยและความคลาดเคลือ่ นของค่าเฉล่ยี 3. อธบิ ายความส�ำ คญั ของสมการเชงิ เสน้ และสามารถจดั สมการทไี่ มอ่ ยใู่ นรปู เชงิ เสน้ ใหอ้ ยใู่ นรปู สมการ เชงิ เสน้ พรอ้ มทั้งเขียนกราฟและหาคา่ ของปริมาณจากกราฟเสน้ ตรงได้ ความเข้าใจคลาดเคลอ่ื นท่อี าจเกิดขน้ึ แนวคิดที่ถกู ต้อง ความเข้าใจคลาดเคลอ่ื น การเขียนกราฟในวิชาฟิสิกส์มีการประยุกต์ ฟิสิกสเ์ ขยี นกราฟเพอ่ื หาความชันเท่านัน้ ใช้งานที่หลากหลาย เช่น การหาความสัมพันธ์ ระหว่างตัวแปร การหาความชันของเส้นกราฟ การหาจุดตัดแกน x หรอื แกน y การหาพน้ื ท่ีใต้ กราฟ แนวการจัดการเรยี นรู้ ครใู ห้นกั เรียนร่วมกนั อภปิ รายเกี่ยวกับการทดลองทางวิทยาศาสตรใ์ นประเด็นตอ่ ไปน้ี - การทดลองทางวิทยาศาสตร์มคี วามสำ�คัญอยา่ งไร - การวิเคราะห์ผลการทดลองทางวทิ ยาศาสตรท์ �ำ ไดอ้ ย่างไร - รายงานการทดลองทางวิทยาศาสตรท์ ดี่ มี ีลกั ษณะอยา่ งไร ครูเปิดโอกาสใหน้ กั เรยี นตอบคำ�ถามอยา่ งอสิ ระ ไม่คาดหวงั ค�ำ ตอบทถ่ี ูกต้อง จากน้นั ครใู หค้ วามร้ตู าม รายละเอยี ดในหนงั สอื เรยี นเรอื่ งการทดลองทางฟสิ กิ ส์ การรายงานความคลาดเคลอ่ื น และการวเิ คราะหผ์ ล การทดลอง ความร้เู พมิ่ เติมสำ�หรบั ครู - ตัวอยา่ งการวเิ คราะหผ์ ลการทดลอง การศกึ ษาความสมั พนั ธร์ ะหวา่ งอตั ราเรว็ (v) กบั เวลา (t) ในการเคลอื่ นทขี่ องวตั ถสุ ามารถบนั ทกึ ขอ้ มลู ไดด้ ังตาราง

26 บทท่ี 1 | ธรรมชาตเิ เละพฒั นาการทางฟสิ ิกส์ ฟิสกิ ส์ เล่ม 1 ตาราง 1.1 ผลการทดลองการวัดอัตราเร็วในการเคลอ่ื นที่ของวัตถุ เวลา (s) ความเร็ว (m/s) 1 2.9 + 0.4 2 3.7 + 0.4 3 4.9 + 0.4 4 6.0 + 0.4 5 6.8 + 0.4 6 8.9 + 0.4 เมอื่ น�ำ ผลการทดลองขา้ งต้นมาเขียนกราฟโดยใหเ้ วลาเป็นแกนนอน และอตั ราเร็วเป็นแกนต้งั จะได้ดังรูป v (m/s) 8.0 7.0 6.0 5.0 ∆y = 7.4 m/s − 3.0 m/s = 4.4 m/s 4.0 3.0 ∆x = 5.5 m/s −1.2 m/s 2.0 = 4.3 m/s 1.0 0 1 2 3 4 5 6 7 t (s) รปู 1.5 กราฟแสดงความสมั พันธร์ ะหวา่ งอตั ราเรว็ (v) กับเวลา (t) ในการเคลื่อนที่ของวตั ถุ พบวา่ กราฟมแี นวโนม้ เปน็ เสน้ ตรง จงึ เขยี นเสน้ กราฟโดยเขยี นเสน้ ตรงใหผ้ า่ นชดุ ขอ้ มลู (รวมคา่ คลาดเคลอ่ื น) ใหม้ ากทส่ี ดุ โดยสามารถหาความชนั จากกราฟและจุดตัดแกนได้ดังน้ี

ฟิสกิ ส์ เลม่ 1 บทที่ 1 | ธรรมชาติเเละพฒั นาการทางฟสิ ิกส์ 27 ความชนั = ∆y = 4.4 m/s = 1.0233 m/s2 ∆x 4.3 s กราฟตัดแกนตั้งที่ v = 1.8 m/s ในการหาความคลาดเคลอ่ื นความชนั สามารถโดยเขยี นเสน้ ตรงอกี 2 เสน้ ทม่ี คี วามชนั มากสดุ และความชนั น้อยสุด ในกรณีที่ข้อมูลกระจายมีแนวโน้มเป็นเส้นตรง นอกจากใช้วิธีการลากเส้นให้ผ่านตำ�แหน่ง ค่าคลาดเคล่ือนสูงสุดกับตำ่�สุดของแถบคลาดเคลื่อนให้ได้มากท่ีสุดตามรายละเอียดในหนังสือเรียนแล้ว ยังสามารถใช้วิธีการลากเส้นตรงท่ีมีความชันมากที่สุดโดยใช้ค่าคลาดเคลื่อนตำ่�สุดของข้อมูลชุดแรกกับ คา่ คลาดเคลอ่ื นสงู สดุ ของขอ้ มลู ชดุ สดุ ทา้ ย และลากเสน้ ตรงทม่ี คี วามชนั นอ้ ยสดุ โดยใชค้ า่ คลาดเคลอ่ื นสงู สดุ ของขอ้ มลู ชุดแรกกับค่าคลาดเคลอ่ื นตำ่�สดุ ของขอ้ มูลชุดสดุ ท้าย ดังรูป v (m/s) 8.0 7.0 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0 1 2 3 4 5 6 7 t (s) รปู 1.6 กราฟแสดงความสมั พนั ธร์ ะหวา่ งอตั ราเร็ว (v) กับเวลา (t) ในการเคลอ่ื นทีข่ องวตั ถุ จากรูป พิจารณาเสน้ ประสนี ำ�้ เงนิ ซง่ึ มีความชนั มากท่สี ดุ จะได้ ความชนั มากที่สุด = ∆y = 8.4 m/s-2.5 m/s = 1.18 m/s2 ∆x 6 s - 1 s กราฟตดั แกนตัง้ ที่ v = 2.40 m/s

28 บทที่ 1 | ธรรมชาตเิ เละพัฒนาการทางฟิสกิ ส์ ฟิสกิ ส์ เลม่ 1 พิจารณาเสน้ ประสีม่วงซึง่ มีความชันนอ้ ยทีส่ ุด จะได้ ความชันนอ้ ยทส่ี ุด = ∆y = 7.6 m/s-3.3 m/s = 0.86 m/s2 ∆x 6 s - 1 s กราฟตดั แกนตัง้ ท่ี v = 1.30 m/s 1 2 จะได้ว่า ค่าคลาดเคล่อื นของความชนั = (ความชนั มาก - ความชันน้อย) = (1.18 − 0.86) m/s2 2 = 0.16 m/s2 1 ค่าคลาดเคล่ือนของจดุ ตดั แกนตัง้ = 2 (จดุ ตัดสูง - จดุ ตัดตำ่�) = (2.40 - 1.30)m/s 2 = 0.55 cmm/s ดงั นั้น ความสัมพนั ธร์ ะหว่างอัตราเร็ว (v) กับเวลา (t) ในการเคลอื่ นท่ขี องวัตถุ สามารถแสดงไดด้ ว้ ยสมการ เสน้ ตรง v = (1.02 ± 0.16 m/s2 ) t − (1.80 ± 0.55 m/s) - ตัวอย่างการวิเคราะห์กราฟทางฟสิ กิ ส์ การวเิ คราะหก์ ราฟทางฟสิ กิ สน์ อกจากชว่ ยบอกความสมั พนั ธใ์ นรปู ของสมการเชงิ เสน้ แลว้ ยงั มกี ารน�ำ ขอ้ มลู ทเี่ ก่ยี วกับกราฟไปใช้ประโยชน์อืน่ ๆ อกี เช่น จดุ ตัดแกน ความชัน และพ้ืนท่ีใตก้ ราฟ ดังตาราง 1.2

ฟิสิกส์ เล่ม 1 บทท่ี 1 | ธรรมชาติเเละพฒั นาการทางฟสิ ิกส์ 29 ตาราง 1.2 ตัวอย่างการวเิ คราะหก์ ราฟทางฟิสิกส์ การวิเคราะห์ ตวั อย่างการวิเคราะห์ ตวั อยา่ งกราฟ 1. จดุ ตดั เเกน การศึกษาความสมั พันธร์ ะหว่างความดันน้ำ� P (Pa) ของของเหลว (P) กับระดบั ความลึกจากผวิ ของเหลว (h) จะไดเ้ ป็นกราฟเส้นตรงท่มี ี P0 ความสัมพนั ธค์ ือ P = P0 + ρ gh 0 h (m) เมื่อพิจารณาจดุ ทกี่ ราฟตดั เเกนตง้ั จะมีคา่ เท่ากบั P0 ซ่ึงคือ ความดนั บรรยากาศ 2. ความชัน การศึกษาความสัมพนั ธ์ระหว่างเเรงท่ใี ชด้ งึ F (N) สปรงิ ท่ยี ดื ออก (F) กบั ระยะยืดของสปรงิ 0 k = ∆F จะได้เปน็ กราฟเส้นตรงทีม่ คี วามสมั พนั ธ์ ∆x คือ F = k∆x ∆F เมอื่ พจิ ารณาความชันของเส้นกราฟจะมคี า่ ∆x เท่ากับค่าคงทขี่ องสปรงิ ซ่ึง x (m) เปน็ ไปตามสมการ k = F ∆x 3. พ้ืนทีใ่ ต้กราฟ การศกึ ษาความสมั พันธ์ระหวา่ งเเรงทีก่ ระท�ำ F (N) ต่อวตั ถุ (F) กบั ระยะทาง จะได้เป็น กราฟเส้นตรง เมอ่ื พจิ ารณาพน้ื ทีใ่ ตก้ ราฟจะมีค่าเทา่ กบั W = F∆x x (m) 0 งานเน่อื งจากเเรงทีก่ ระท�ำ ดว้ ยวตั ถุ ซ่ึงเป็น ไปตามความสัมพนั ธ์ W = F∆x

30 บทท่ี 1 | ธรรมชาติเเละพัฒนาการทางฟิสกิ ส์ ฟิสกิ ส์ เล่ม 1 แนวการวัดและประเมนิ ผล 1. ความรเู้ กย่ี วกบั ธรรมชาตทิ างฟสิ กิ ส์ จากค�ำ ถามตรวจสอบความเขา้ ใจ 1.3 และการท�ำ แบบฝกึ หดั 1.3 2. ทกั ษะการแกป้ ญั หาและการใชจ้ �ำ นวน จากการค�ำ นวณปรมิ าณตา่ งๆ ทเี่ กยี่ วขอ้ งการการระบหุ นว่ ย และการเปล่ียนหนว่ ย 3. จิตวิทยาศาสตร์/เจตคติด้านความมีเหตุผล และความรอบคอบ จากการอภิปรายร่วมกันและจาก การท�ำ แบบฝกึ หดั 1.3 แนวค�ำ ตอบค�ำ ถามตรวจสอบความเขา้ ใจ 1.3 1. เพราะเหตุใด การวัดปริมาณหนึ่ง ๆ ตอ้ งวดั ซำ้�หลายครง้ั และการรายงานผลการวดั จะอย่ใู นรปู แบบใด แนวคำ�ตอบ การวดั ปริมาณต่าง ๆ จะเกิดความคลาดเคล่ือนเสมอ จงึ ต้องวัดซำ�้ หลายคร้งั เพื่อ ลดความเคลือ่ นให้เหลอื นอ้ ยท่สี ุด การรายงานผลการวดั จะอย่ใู นรูป x ± ∆x เมอ่ื x เป็นคา่ เฉลี่ยซึ่งเป็นตัวแทนของผลการวัดชุดน้ัน และ เป็นความคลาดเคล่ือนของค่าเฉลี่ย ซึ่งเป็น ขอบเขตของความคลาดเคล่อื นของผลการวดั ชดุ น้ัน 2. ถา้ การทดลองหนงึ่ ไดข้ ้อมลู สองชุดค1อื5.(04.c6m5 ± 10.m01m) mg แล1ะ5.(04.c6m5 ± 10.m02m) mg ตามล�ำ ดบั ผลการทดลองใดมีความนา่ เชอ่ื ถือมากกว่า เพราะเหตใุ ด แนวคำ�ตอบ ผลการทดลองแรก มวลทวี่ ดั ไดอ้ ยใู่ นขอบเขต 4.64 mg ถงึ 4.66 mg สว่ นผลการ ทดลองที่สอง มวลท่ีวัดได้อยู่ในขอบเขต 4.63 mg ถึง 4.67 mg ดังน้ัน ผลการทดลองแรกมี ความน่าเช่ือถือมากกว่าเพราะผลการทดลองแรกมีความคลาดเคลื่อนน้อยกว่าผลการทดลอง ท่สี อง 3. ในการทดลองเพอ่ื หาความยาวโฟกัสของเลนส์นูน ไดร้ ายงานผลการวดั ดังนี้ ความยาวโฟกัสของเลนส์นนู เทา่ กับ 15.0 cm ± 1 mm การรายงานผลการวดั ดังกลา่ วเหมาะสมหรอื ไม่ ถ้าไมจ่ ะตอ้ งรายงานผลอยา่ งไร แนวคำ�ตอบ การรายงานผลการวัดความยาวโฟกัสของเลนส์นูน เป็น 15.0 cm ± 1 mm จะ เหน็ วา่ หนว่ ยทง้ั สองไมเ่ หมอื นกนั การรายงานผลการวดั ดงั กลา่ วจงึ ไมเ่ หมาะสม ควรรายงานผล โดยใหใ้ ช้หนว่ ยเดียวกนั ดงั น้ี ความยาวโฟกัสของเลนส์นูน เทา่ กับ

ฟิสกิ ส์ เล่ม 1 บทท่ี 1 | ธรรมชาติเเละพฒั นาการทางฟิสิกส์ 31 4. สมการเสน้ ตรงมีความส�ำ คัญต่อการศึกษาทางฟสิ ิกส์อย่างไร แนวค�ำ ตอบ สมการเสน้ ตรงสามารถหาคา่ คงตวั ไดจ้ ากความชนั และระยะตดั แกนตงั้ ซงึ่ สามารถ นำ�ไปแปลความหมายในทางฟิสิกส์ตามความสัมพันธ์ท่ีเก่ียวข้องได้ เช่น เมื่อเขียนกราฟแสดง ความสมั พนั ธร์ ะหวา่ งความเรว็ v และเวลา t ได้เปน็ กราฟเสน้ ตรง โดยความชันของกราฟ เมื่อ แปลความหมายในทางฟิสิกส์คือความเร่ง a แสดงว่าวัตถุดังกล่าวเคล่ือนที่ด้วยความเร่งคงตัว และจดุ ตดั แกนตง้ั คอื ความเรว็ ตน้ u 5. การทดลองและการรายงานผลการทดลองทางฟสิ กิ สม์ คี วามส�ำ คัญอย่างไร แนวค�ำ ตอบ การทดลองเป็นกระบวนการหนึ่งท่ีทำ�เพ่ือตอบคำ�ถาม หรือเพื่อหาความจริงบาง อย่าง จำ�เป็นต้องคิดหาวิธีการทดลองท่ีเหมาะสม ทำ�การทดลองเพ่ือให้ได้ข้อมูลต่าง ๆ วิเคราะห์ข้อมูลเพื่อสรุปเป็นคำ�ตอบ ส่วนการรายงานผลการทดลองทางฟิสิกส์เป็น การแสดงรายละเอียดของการทดลองและสรุปผลการทดลอง ดังน้ัน การเขียนรายงาน การทดลองจงึ เปน็ หลกั ฐานท่แี สดงวา่ การทดลองมีความนา่ เชอ่ื ถอื เพยี งใด เฉลยเเบบฝึกหัด 1.3 1. ในการวดั เวลาของการตกแบบเสรขี องวตั ถจุ ากท่ีสงู 20 เมตร จ�ำ นวน 6 คร้งั ได้ผลการวัดดงั น้ี ครง้ั ท่ี 1 2 3 4 5 6 t (s) 2.2 2.1 1.9 2.1 1.8 2.0 ก. จงหาค่าเฉลย่ี และความคลาดเคลอื่ นของคา่ เฉลี่ยของข้อมูลชดุ น้ี ข. จงแสดงผลการบันทกึ ผลการทดลองหาเวลาของการตกแบบเสรขี องวตั ถุ วิธที �ำ ก. t = t1 + t2 + ... + tn n = 2.2 s + 2.1 s + 1.9 s + 2.1 s + 1.8 s + 2.0 s 6

32 บทที่ 1 | ธรรมชาตเิ เละพฒั นาการทางฟิสกิ ส์ ฟิสิกส์ เล่ม 1 = 12.1 s 6 = 2.02 s t = 2.0 s ถอื ว่าเปน็ คา่ เฉล่ียของเวลาจากการวดั 6 ครัง้ = tmax − tmin 2 = 2.2 s − 1.8 s 2 = 0.2 s ถือวา่ เป็นความคลาดเคลอื่ นของเวลาจากการวัดทัง้ 6 ครงั้ ข. ผลการทดลองหาเวลาของการตกแบบเสรีของวตั ถุ แสดงไดใ้ นรปู t ± ∆t จะได้ เวลาของการตกแบบเสรีของวตั ถุ = 2.0 s ± 0.2 s ตอบ ก. คา่ เฉลยี่ ของขอ้ มลู ชดุ น้ี เทา่ กบั 2.0 วนิ าที และความคลาดเคลอ่ื นของขอ้ มลู ชดุ น้ี เทา่ กบั 0.2 วินาที ข. เวลาของการตกแบบเสรีของวตั ถุ เท่ากบั 2.0 ± 0.2 วินาที 2. สมการ T = 2π l แสดงความสัมพันธ์ระหวา่ งคาบ T และความยาวเชอื ก l โดย g และ g เป็นค่าคงตัว จงแสดงสมการนี้ให้อยู่ในรูปสมการของกราฟเส้นตรง จากน้ันหาเทอมท่ีเป็น ความชันและระยะตัดแกนตงั้ วธิ ีทำ� จดั สมการ T = 2π l ให้อย่ใู นรูปสมการของกราฟเสน้ ตรง g จะได ้ (1) เทียบกับสมการของกราฟเสน้ ตรง y = mx + c จะเห็นวา่ (1) เป็นสมการของกราฟเส้นตรงท่มี คี วามชัน m= 2π g และจดุ ตัดแกนตั้ง c = 0 ตอบ สมการ T = 2π l เป็นสมการเส้นตรงที่มคี วามชนั เเละจดุ ตดั เเกนตัง้ c = 0 g

ฟิสกิ ส์ เล่ม 1 บทท่ี 1 | ธรรมชาติเเละพฒั นาการทางฟสิ ิกส์ 33 3. กราฟระหวา่ งความเร็วกบั เวลาของการเคลื่อนท่ีของวัตถุ เปน็ ดังรปู v (m/s) 6 4 2 t (s) 0 2 46 8 รปู ส�ำ หรบั แบบฝกึ หัด 1.3 ขอ้ 3 ความเรง่ ของวตั ถุ ซ่งึ หาได้จากความชันของกราฟมคี ่าเทา่ ใด v (m/s) 6 4 ∆v = 6 m/s - 3 m/s 2 ∆t = 8 s - 2 s t (s) 0 2 46 8 วธิ ีทำ� หาความชันของกราฟ ดังรปู จะได ้ ความชัน = 6 m/s − 3 m/s = 8s−2s

34 บทที่ 1 | ธรรมชาตเิ เละพัฒนาการทางฟสิ ิกส์ ฟสิ กิ ส์ เลม่ 1 = 3 m/s 6s = 0.5 m/s2 ดังนั้นวัตถมุ คี วามเรง่ ตอบ วัตถมุ ีความเรง่ 0.5 เมตรตอ่ วนิ าทกี �ำ ลงั สอง

ฟิสิกส์ เล่ม 1 บทท่ี 1 | ธรรมชาตเิ เละพัฒนาการทางฟิสกิ ส์ 35 แบบฝกึ หดั ท้ายบทท่ี 1 คำ�ถาม 1. จงยกตวั อยา่ งความรใู้ นวชิ าวทิ ยาศาสตร์ ระดับมัธยมศกึ ษาตอนตน้ ท่ีถือวา่ เป็นความรู้ทาง ฟิสิกส์ แนวค�ำ ตอบ การเคลื่อนที่ แรงลัพธ์และผลของแรงลัพธ์ที่กระทำ�ต่อวัตถุ กฎการอนุรักษ์ พลงั งาน สมดุลความร้อน พลงั งานไฟฟา้ การตอ่ วงจรไฟฟ้า คลน่ื สมบัตขิ องคลื่น แสง ทัศนอุปกรณ์ 2. มนษุ ย์พฒั นาความรขู้ องตนเองอยา่ งไรเพ่อื ให้สามารถอธบิ ายปรากฏการณธ์ รรมชาติได้ แนวค�ำ ตอบ การพัฒนาความรู้เพ่อื อธิบายปรากฏการณ์ธรรมชาติ เริ่มจากความสงสัยและ ตอ้ งการหาคำ�ตอบ ทำ�ให้มกี ารสงั เกตและบนั ทึกขอ้ มลู ส่ิงทตี่ อ้ งการศกึ ษา ท�ำ การทดลองและ รวบรวมขอ้ มลู จากการวัด และลงขอ้ สรปุ จากขอ้ มลู ท่ีได้ รวมทั้งยงั มีการสร้างแบบจ�ำ ลองทาง ความคดิ และการน�ำ คณติ ศาสตรม์ าใชใ้ นการหาความรู้ ท�ำ ใหค้ น้ พบความรใู้ หมท่ ส่ี ามารถอธบิ าย และทำ�นายปรากฏการณ์ธรรมชาติได้ ซ่ึงความรู้เหล่าน้ี มนุษย์นำ�ไปประยุกต์ใช้ให้เกิด ประโยชน์ในชวี ติ ประจำ�วัน 3. จงยกตวั อย่างสงิ่ ประดิษฐท์ างฟสิ กิ ส์ โดยจำ�แนกตามการใช้งานในแตล่ ะหวั ข้อต่อไปนี้ ก. การสอื่ สาร ข. พลังงาน ค. การคมนาคมขนสง่ ง. การแพทย์ แนวค�ำ ตอบ ความรู้ทางฟิสิกส์มีส่วนทำ�ให้เกิดสิ่งประดิษฐ์ท่ีมีประโยชน์ต่อมนุษย์ชาติใน ดา้ นตา่ ง ๆ มากมาย ดงั ตวั อย่าง ก. การส่ือสาร เชน่ โทรเลข วิทยุ โทรทัศน์ โทรศัพท์ ข. พลังงาน เช่น เครอ่ื งก�ำ เนิดไฟฟา้ เซลล์สุรยิ ะ เซลล์เชอ้ื เพลิง ค. การคมนาคมขนสง่ เชน่ รถไฟความเร็วสูง รถยนต์ไฟฟา้ เรอื เคร่ืองบิน ง. การแพทย์ เช่น เคร่อื งวัดความดนั โลหติ เอกซ์เรย์ อัลตราซาวด์ เครือ่ งตรวจคลื่นไฟฟ้าหวั ใจ เครือ่ งเอม็ อารไ์ อ

36 บทท่ี 1 | ธรรมชาติเเละพัฒนาการทางฟสิ ิกส์ ฟสิ กิ ส์ เลม่ 1 4. ความเรว็ และพลังงานเปน็ ปริมาณฐานหรือปริมาณอนุพัทธ์ เพราะเหตุใด แนวคำ�ตอบ ปรมิ าณฐานมี 7 ปรมิ าณ ไดแ้ ก่ ความยาว มวล เวลา กระแสไฟฟา้ ปรมิ าตร อณุ หภมู อิ ณุ พลวตั และความเขม้ ของการสอ่ งสวา่ งปรมิ าณนอกเหนอื จากนเี้ ปน็ ปรมิ าณอนพุ ทั ธ์ ดังนน้ั ความเร็วและพลังงานเป็นปรมิ าณอนุพทั ธ์ โดยความเรว็ มหี นว่ ย เมตรต่อวนิ าที (m/s) และพลังานมหี น่วย จลู (J) ซ่ึงไม่ใชห้ นว่ ยฐาน 5. ปจั จัยใดบา้ งท่สี ง่ ผลต่อความถูกต้องในการวัด แนวค�ำ ตอบ เครอื่ งมือวดั วิธกี ารวดั ประสบการณ์ของผ้วู ัด และสภาพแวดลอ้ ม 6. รปู แสดงสเกลของแอมมิเตอร์ สเกลบนอา่ นค่าได้สูงสดุ 10 มิลลิแอมแปร์ สเกลลา่ งอ่านค่าได้ สูงสุด 50 มิลลแิ อมแปร์ 2 46 8 0 10 20 30 10 40 0 mA 50 รูปสำ�หรบั ค�ำ ถามขอ้ 6 ถ้าการค�ำ นวณกระแสไฟฟา้ ในวงจรหนง่ึ พบว่ามคี ่าประมาณ 5 มลิ ลิแอมแปร์ ในการวัดกระแส ไฟฟา้ จรงิ ในวงจรนนั้ ควรเลือกใช้สเกลใด เพราะเหตุใด แนวคำ�ตอบ สเกลบนมคี วามละเอยี ด 0.2 mA ส่วนสเกลล่างมีความละเอียด 1.0 mA จึงควร เลือกใช้สเกลบน เพราะคา่ ทีไ่ ดจ้ ากการวดั มีความละเอียดมากกว่า 7. จำ�นวนต่อไปน้ี มีจำ�นวนเลขนยั สำ�คัญกตี่ ัว ประกอบดว้ ยตัวเลขอะไรบา้ ง ก. 0 ข. 0.0 ค. 0.00 ง. 0.057 จ. 0.507 ฉ. 0.570 แนวคำ�ตอบ ก. ไมม่ ี ข. ไมม่ ี ค. ไมม่ ี ง. 2 ตัว ได้แก่ 5 และ 7 จ. 3 ตวั ได้แก่ 5, 0 และ 7 ฉ. 3 ตัว ได้แก่ 5, 7 และ 0